UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO RIO DE JANEIRO

INSTITUTO DE AGRONOMIA

DEPARTAMENTO DE GEOCIÊNCIAS

CURSO DE GEOLOGIA

Título do Trabalho

PPrroocceessssooss ddee AAll tteerraaççããoo HHiiddrrootteerrmmaall eemm RRoocchhaass ÍÍggnneeaass ee MMeettaammóórr ff iiccaass ee ssuuaass iimmppll iiccaaççõõeess ggeeoottééccnniiccaass::

OO EEssttuuddoo ddoo ccaassoo ddoo TTúúnneell ddoo JJooáá..

Danie l José Pontes de Campos

Mat-200204008-5

Orient ador

Prof. Dr. Rubem Porto Jr.

Abril/2006

Obra para Consulta

1

ÍNDICE

Página

Parte I – Introdução 2

I.1 - Aspectos Gerais 2

I.2 – Objetivos 2

I.3 - Justificativa do Estudo 3

Parte I I - Geologia da Cidade do Rio de Janeiro 4

II.1 - Aspectos Litoestratigráficos 4

II.2 - Aspectos Mineralógicos e Químicos 7

II.3 - Aspectos Geoquímicos das Rochas da Cidade do Rio de

Janeiro 11

Parte I II – Processos de Alteração em Maciços Rochosos 12

III.1 - Alteração Intempérica 12

III.2 - Alteração Hidrotermal 15

Parte IV – Metodologia Proposta para a avaliação de caso 17

Parte V – O túnel do Joá: Estudo de Caso 20

V.1 – Introdução 20

V.2 – Geologia 20

V.3 - Caracterização do Problema 22

V.4 - Petrologia dos Litotipos 22

V.5 - Caracterização Microscópica dos Materiais de Alteração 31

V.6 - Relação entre Estruturas e Alteração 33

V.7 - Utilização do MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura) 36

V.8 - A Coloração por Bomba de Vácuo 38

Parte VI – Considerações Finais: Discussões 46

Parte VII – Conclusões 47

Parte VIII - Referências Bibliográficas 49

Obra para Consulta

2

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura Página Figura 1: Mapa de localização da área 6

Figura 2: Mapa geológico da área 6

Figura 3: Gnaisse facoidal: estruturação dos facóides 8

Figura 4: Gnaisse facoidal: tamanho e forma dos facóides 8

Figura 5: Microclina Biotita Gnaisse: bandamento metamórfico 8

Figura 6: Microclina Biotita Gnaisse: leucossomas graníticos 8

Figura 7: Granito Utinga: assimilação de gnaisses 8

Figura 8: Granito Utinga: interação gnaisse/granito 8

Figura 9: Facóides no Microclina Gnaisse facoidal 23

Figura 10: Textura ao microscópio no Microclina Gnaisse facoidal 23

Figura 11: Material de preenchimento entre grãos inalterados 23

Figura 12: Remoção de lascas da rocha alterada 23

Figura 13: Crescimento de sericita por substituição de plagioclásio 27

Figura 14: Contato côncavo/convexo nos grãos de quartzo 27

Figura 15: Formação de novos grãos e subgrãos de quartzo 27

Figura 16: Muscovita formada a partir da alteração de biotita 27

Figura 17: Formação de muscovita nas clivagens da biotita 27

Figura 18: Muscovita retrometamórfica isomórfica da biotita 27

Figura 19: Estrutura de foliação da muscovita retrometamórfica 27

Figura 20: Megacristal de microclina com carbonato nas fraturas 30

Figura 21: Megacristal de plagioclásio com forte saussuritização 30

Figura 22: Megacristal de plagioclásio sem saussuritização 30

Figura 23: Crescimento de epidoto nos planos do grão de plagioclásio 30

Figura 24: Biotita com padrão “bird eyes” no início da transformação 30

Figura 25: Carbonato preenchendo fraturas da microclina inalterada 30

Figura 26: Biotita sofrendo processo de cloritização 32

Figura 27: Produção de minerais opacos por oxidação 32

Figura 28: K-feldspato transformado por sericitização 32

Figura 29: Plagioclásio gerando saussuritização 32

Figura 30: Biotita sendo alterada por muscovitização 32

Figura 31: Alteração K-feldspato e plagioclásio gera Carbonatização 32

Figura 32: Biotita, anfibólio e plagioclásio gerando epidotização 32

Figura 33: Bandamento tectônico S1 representando a fase D1 35

Obra para Consulta

3

Figura 34: Bandamento tectônico S1 representando a fase D1 35

Figura 35: Fase D2 gerando diversas dobras apertadas a isoclinais 35

Figura 36: Fase D2 gerando diversas dobras apertadas a isoclinais 35

Figura 37: Fase D3 gerando dobras normais (suaves e abertas) 35

Figura 38: Fase D3 gerando dobras normais (suaves e abertas) 35

Figura 39: Fase D4 (rúptil) gerando fraturas verticais com intrusões 35

Figura 40: Fase D4 (rúptil) gerando fraturas verticais com intrusões 35

Figura 41: Imagem em 3D (MEV) mascara o padrão de fraturamento 39

Figura 42: Imagem planar (MEV) realça os padrões de fraturamento 39

Figura 43: Imagem planar (MEV) realça os padrões de foliação 39

Figura 44: Imagem em 3D (MEV) realça os padrões de foliação 39

Figura 45: Fluido mostra a persistência das microfraturas 41

Figura 46: Fluido mostra a persistência das microfraturas 41

Figura 47: Fluido preenchendo espaços vazios na rocha 41

Figura 48: Espaço vazio da figura anterior sem fluido 41

Obra para Consulta

4

Parte I - Introdução

I.1 - Aspectos Gerais

Os profissionais que atuam em problemas de túneis têm consciência da geometria

necessária às escavações subterrâneas e de suas dificuldades de alteração no traçado

de projetos, devido às descontinuidades mecânicas dos maciços rochosos.

O túnel do Joá é certamente um grande exemplo para estes problemas. Situado

entre as praias de São Conrado e Barra da Tijuca, o túnel teve inicialmente algumas

opções de traçados abandonadas, como descrito por Danciger & Totis (1971), pois as

mesmas atravessariam espesso conjunto milonítico já alterado além de falhas

secundárias ou, ainda, cortariam transversalmente o conjunto milonítico envolvendo rocha

sã e alterada com falhas secundárias. Posteriormente o traçado escolhido atravessaria o

maciço gnáissico sem qualquer perturbação geológica, não sendo necessário um sistema

de suporte que revestiria o túnel. Quando pronto, o túnel, assumiu uma forma

perfeitamente cônica e fora das descontinuidades, isso deixou o túnel famoso na época

(Figura 1).

Porem, três décadas depois o túnel começou a apresentar sérios problemas de

instabilidade, o que implicou na realização de necessárias ações visando controlar e

estabilizar o maciço escavado.

I.2 - Objetivos

A Monografia ora apresentada trata de questões geológicas envolvidas no

"problema" túnel do Joá, focada, principalmente, nas condições e transformações

químico-mineralógicas ali acontecidas, tentando criar padrões de separação para estas

transformações em campos estritamente ligados a eventos geológicos (alterações

hidrotermais, retrometamorfismo) a outros de interesse mais específico no campo

geotécnico (intemperismo).

De maneira mais direta, o trabalho teve por base as seguintes linhas de

abordagem:

1) caracterização mineralógica dos produtos de alteração hidrotermal presentes nos

maciços rochosos da Cidade do Rio de Janeiro tendo como exemplo o Túnel do Joá.

2) estudar a relação existente entre as estruturas geológicas existentes no maciço

rochoso e seu preenchimento por soluções hidrotermais.

3) determinar as eventuais mudanças das propriedades físicas e mecânicas dos

materiais.

Obra para Consulta

5

I.3 - Justificativa do Estudo

O estudo foi estimulado a partir de freqüentes relatos de presença de alteração

hidrotermal nos Maciços Rochosos da Cidade do Rio de Janeiro. São vários os relatos de

casos onde há forte espessamento de solos coincidentes com zonas de ocorrência de

estruturas (dúcteis ou rúpteis) penetrativas. Outro fator que justifica especificamente o

trabalho dentro dos túneis da Cidade é o fato já relatado da presença de casos de

instabilidade de cortes e escavações subterrâneas influenciadas pela ação de argilas

expansivas produzidas por ação hidrotermal.

O Trabalho está inserido em um contexto maior no sentido de estar inserido em

programa institucional (PRONEX-PUC/RJ) na área de Geotecnia Ambiental.

Obra para Consulta

6

Parte II – Geologia da Cidade do Rio de Janeiro

II.1 - Aspectos litoestratigráficos

Os terrenos gnáissicos de alto grau, e de complexa história evolutiva, constituem um

verdadeiro desafio àqueles que se lançam nos estudos de caracterização petrográfica,

estrutural e litoestratigráfica das rochas neles presentes. Efeitos da partição da

deformação, processos anatéticos seguidos de migmatização regional e intrusões

magmáticas em estágios distintos, obliteram os elementos originais da trama. Heilbron et

al. (1998) definem o segmento central da Faixa Ribeira (onde se insere a Cidade do Rio

de Janeiro) como um orógeno colisional de idade neoproterozóica/cambriana,

profundamente erodido, com três associações de expressão regional: 1) embasamento

paleoproterozóico/arqueano; 2) cobertura sedimentar deformada meso a neo-proterozóica

com episódios magmáticos, e 3) granitóides gerados durante a Orogênese Brasiliana

(635-480 Ma). Definem, ainda para o segmento central da Faixa Ribeira, dois diferentes

terrenos: a) margem retrabalhada do Cráton do São Francisco, definida como Terreno

Ocidental, e b) Terreno Oriental, composto pelo Complexo Costeiro (ou microplaca Serra

do Mar), que possivelmente apresenta outros blocos cratônicos e/ou microplacas.

Tupinambá et al. (1998) definem para o Terreno Oriental, onde se inserem as rochas do

Município do Rio de Janeiro, as seguintes associações litológicas: a) ortognaisses

tonalíticos a granodioríticos, gnaisses leucograníticos, corpos quartzo dioríticos, que

compõe o Complexo Rio Negro; b) ortognaisse granodiorítico a granítico (Batólito Serra

dos Órgãos) intrusivo no Complexo Rio Negro; c) rochas metassedimentares de alto grau

correspondentes a rochas do Grupo Paraíba do Sul; e d) corpos ("stocks e sills") de

rochas graníticas não foliadas. A sequência de gnaisses aqui estudada forma a maior

parte do Maciço da Tijuca onde se inserem as rochas estudadas. Toda a área da Cidade

foi mapeada sistematicamente por Helmbold et al. (1965) quando foram definidas duas

seqüências gnáissicas principais ambas de idade Pré-cambriana, cortadas por granitóides

de idade Ordoviciana-Siluriana, diques de diabásio de idades Cretácicas-Jurássicas e

intrusivas alcalinas plutônicas e hipoabissais de idades Cretácicas-Terciárias. Segundo

estes autores, as seqüências gnáissicas integrariam duas séries distintas: a Série Inferior,

tida como de idade Arqueana, é formada por granodiorito e quartzodiorito gnaisses, com

intrusões básicas e intermediárias associadas, interpretadas como ortognaisses, sem

granada e com hornblenda e titanita como minerais característicos; a Série Superior, de

provável idade Proterozóica, é formada por paragnaisses (microclina gnaisses e

plagioclásio gnaisses da Seqüência Mista, com variações texturais marcantes, incluindo

Obra para Consulta

7

os augen-gnaisses) e biotita gnaisses, kinzigitos, leptinitos, quartzitos, calcissilicáticas,

charnockitos, anfibolitos, granodioritos e quartzodioritos gnaissificados) com granada e

outros aluminossilicatos como minerais característicos.

Mais tarde, Leonardos Jr. (1973) subdividiu a Série Superior em duas seqüências

estratigráficas distintas: o Grupo Pão de Açúcar, representando uma seqüência molássica

mais antiga, composto por leptinitos, augen-gnaisses e microclina-biotita gnaisses; o

Grupo Sepetiba, representando uma seqüência mais jovem e madura, composto por

sedimentos pelíticos e carbonáticos além, de arenitos quartzosos metamorfisados,

respectivamente, para sillimanita-cordierita gnaisses, rochas calcissilicáticas e quartzitos.

Ambos os grupos teriam sido invadidos por granodioritos, dioritos, além de rochas máficas

(incluindo gabros) e ultramáficas, tendo sido este conjunto posteriormente deformado,

metamorfisado e migmatizado.

Mais recentemente, estudos detalhados dentro da área do município do Rio de

Janeiro têm reinterpretado dados referentes a algumas destas rochas incluídas nas

seqüências paragnáissicas, descrevendo-as como ortoderivadas, bem como adicionado

dados acerca do metamorfismo e deformação que afetaram os litotipos destas

seqüências.

Mais restritamente na área estudada, a região entre os bairros de São Conrado e

Barra da Tijuca, as rochas predominantes são o denominado Gnaisse Facoidal e o

Microclina Biotita Gnaisse que apresentam, ambos, forte variação textural e estrutural.

Ocorrências de quartzitos, leptinitos e calcissilicáticas são ainda relatadas para a região

(Figura 2).

O Gnaisse Facoidal é o principal litotipo em área na região. Lamego (1945,1948)

apresentou alguns estudos geológicos sobre esta rocha, como também alguns perfis

regionais que caracterizavam os principais aspectos de sua estruturação. Dalcomo et al

(1981) deram a configuração atual em mapa do Gnaisse Facoidal, trabalhando na escala

1:50.000, ficando demonstrado que apesar de sua forte ocorrência na zona sul da Cidade

do Rio de Janeiro havia plena continuidade de sua ocorrência para a área de Niterói e

suas adjacências. Hippertt (1987, 1990) utilizando uma escala de maior detalhe, começou

a fazer interpretações petrogenéticas do Gnaisse Facoidal e das diferentes rochas que se

associam a ele. A caracterização da Zona de Cisalhamento Dúctil de Niterói (ZCDN),

onde estruturalmente esta rocha está inserida, foi proposta após ter sido executado um

trabalho petrográfico detalhado que privilegiou as interpretações estruturais. Também

foram apresentados dados químicos para rocha total referente a este litotipo, bem como

analisados quimicamente de maneira individual seus megacristais de

Obra para Consulta

6

Figura 2: Mapa geológico simplificado da cidade do Rio de Janeiro (Heilbron et al. 1993).

Figura 1: Mapa de localização da área (túnel do Joá no retângulo).

Obra para Consulta

9

K-feldspato. Trata-se de um tipo gnáissico fortemente bandado, migmatizado,

caracterizado pela presença abundante de facóides de Microclina pertítica que podem

atingir até 12cm. Trata-se de um tipo de composição granítica que pode variar para

composições granodioríticas a partir do enriquecimento que pode apresentar em minerais

máficos (biotita principalmente e hornblenda eventual), (Figura 3 e 4).

Outra rocha com importante presença na área é o denominado microclina-biotita

gnaisse, representando, em termos de área menos de 25% dos afloramentos da região.

Os contatos entre os tipos ricos em biotita (K-feldspato-biotita gnaisse) e os mais

empobrecidos, porém ricos em facóides (gnaisse do tipo semi-facoidal) é do tipo

transicional. É fortemente bandado apresentando aspecto migmatítico.

A composição mineralógica fundamental desta rocha é formada por microclina,

plagioclásio, biotita, quartzo e hornblenda (eventual), em proporções variáveis. Tem

granulomentria grossa, com megacristais de microclina podendo atingir até 7 cm, mas

predominando aqueles com cerca de 3 a 4 cm em média. Bandamento metamórfico é

notável em qualquer um dos tipos texturais, sendo mais relevante nos tipos ricos em

biotita, podendo ser observado claro aleitamento entre bandas máficas e outras

leucocráticas enriquecidas em plagioclásio e quartzo, com alguma microclina. Essas

bandas podem variar em espessura desde as milimétricas até as centimétricas. Sua cor

natural varia de tons róseos/avermelhados a branco acinzentado, de acordo com as

quantidades de máficos e de microclina presente no tipo gnáissico examinado (Figura 5 e

6).

Como relatado, o contato do tipo estrutural semifacoidal com o microclina-biotita

ganisse é gradacional, ocorrendo um aumento expressivo de quantidade de biotita. São

comuns as ocorrências de "bolsões" ou de "camadas" de rocha granítica de

granulomentria grossa, rica em megacristais de K-feldspato, intercaladas às bandas de

ambos os litotipos. Trata-se da ocorrência do granito "tipo" Utinga interestratificado nos

litotipos gnáissicos. Feições típicas de processo de assimilação dos litotipos gnáissicos

pelo granito são relativamente comuns (Figura 7 e 8).

II.2 - Aspectos Mineralógicos e Químicos

O Gnaisse Facoidal tem como sua principal característica a abundante presença de

megacristais róseos de K-feldspato (microclina pertítica), podendo, entretanto, por vezes

ser branco. Estes cristais apresentam hábito é retangular/tabular, mas também ovalado.

Obra para Consulta

Fig 17 Fig 18

Fig 16Fig 15

Fig 13

Fig 5

Fig 6

Fig 3 Fig 4

Fig 8

Fig 7

8

Obra para Consulta

11

Pode chegar a ter 15 centímetros e apresentar, em algumas ocasiões, orientação

preferencial. Há presença de massa branca acinzentada entre os megacristais K-

feldspato, indica a presença de plagioclásio (oligoclásio/andesina), quartzo e em menor

proporção álcali-feldspato, biotita, granada, clorita, minerais opacos, zircão e apatita. O

plagioclásio tem grãos que variam de tamanho, chegando a 7 milímetros. Os grãos de

quartzo podem atingir até 13 milímetros, apresentam-se alongados por estiramento e forte

extinção ondulante, por vezes indicam recristalização. A biotita, em pequenas palhetas,

freqüentemente se mostra cloritizada. Ocorrem com certa freqüência no interior dos

megacristais. É em volume, a biotita, o principal máfico na rocha. A granada (almandina),

ocorre regularmente, porém com baixa concentração. Os minerais opacos estão

representados quase que exclusivamente pela magnetita, freqüentemente alterada, e por

inclusões minúsculas de pirita. Possui a magnetita aspecto poiquilítico quando observada

ao Microscópio Eletrônico de Varredura. É comum se observar à presença de minerais

opacos dispostos sub-paralelamente à clivagem basal da biotita e à própria clorita, que

ocorre de forma interlamelar à biotita. Zircão e Apatita ocorrem tanto englobados na biotita

quanto isoladamente. A composição química do Gnaisse Facoidal (Tabela 1) bem reflete

aos valores obtidos pela análise modal (Tabela 2).

O Microclina Biotita gnaisse tem por característica apresentar forte bandamento

metamórfico denotado pela intercalação de bandas claras (feldspáticas) e escuras

(biotíticas. Sua composição modal aponta para tipos de composição granodiorítica

(Tabela 2), com equivalência entre feldspatos alcalinos e plagioclásio. Seus acessórios

comuns são a apatita, zircão e minerais opacos (magnetita e hematita). Quimicamente

são tipos que variam em composições de caráter intermediário (Tabela1).

Obra para Consulta

Figura 4: Diagramas de classificação do Microclina Biotita Gnaisse.

10

Diagrama AFM aplicado aos gnaissespré-colisionais

Diagrama ANK/ACNK aplicado aos gnaissespré-colisionais

1 2

1

2

3

A/(CNK)

A/(

NK

)

Metaluminoso Peraluminoso

Peralcalino

Diagrama TAS aplicado aobiotita microclina gnaisse

35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 850

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

SiO2 (% de peso)

Na

2O

+ K

2O

(%

de

pe

so

)

Alcalino

Subalcalino

Diagrama TAS classificatório aplicado aosgnaisses pré-colisionais

40 50 60 700

5

10

15

SiO2 (% em peso)

Na2O

+ K

2O

(%

em

peso)

Granito

/GranodioritoQtz-DioritoGabro

Na2O + K2O MgO

FeO*

Tholeiítico

Calcioalcalino

Obra para Consulta

Na2O + K2O MgO

FeO*

Tholeiítico

Calcioalcalino

1 2

1

2

3

A/(CNK)

A/(

NK

)

Metaluminoso Peraluminoso

Peralcalino

35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 850

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

SiO2 (% de peso)

Na2O

+ K

2O

(%

de p

eso)

Alcalino

Subalcalino

40 50 60 700

5

10

15

SiO2 (% em peso)

Na

2O

+ K

2O

(%

em

pe

so

)

Granito

/GranodioritoQtz-DioritoGabro

Diagrama TAS aplicado aosgnaisses sin-colisionais

Diagrama AFM aplicado aosgnaisses sin-colisionais

Diagrama ANK/ACNK aplicadoaos gnaisses sin-colisionais

Diagrama TAS classificatório aplicadoaos gnaisses sin-colisionais

Figura 3: Diagramas de classificação do Gnaisse facoidal.

3

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14

II.3 - Aspectos Geoquímicos das Rochas da Cidade do Rio de Janeiro

As rochas gnáissicas, as quais são as mais antigas da cidade do Rio de Janeiro,

apresentam variadas composições, desde plagioclásio gnaisses a microclina gnaisses.

Alguns parâmetros petroquímicos para análise geoquímica indicam que esses gnaisses

são de origem magmática e que correspondem a um grupo de rochas subalcalinas, as

quais evoluíram de uma série calcioalcalina, cujo caráter é metaluminoso.

A porcentagem em sílica indica a presença de dois segmentos. O primeiro com

cerca de 56,94% até 62,94% de SiO2 com coríndon normativo e sem diopsídio, e um

segundo segmento com variação de 65,56% a 70,92% de SiO2 com diopsídio normativo e

ausência de coríndon. Devido à presença de hematita no primeiro caso é possível que as

rochas tenham evoluído em um ambiente no qual a fugacidade de oxigênio era elevada.

As rochas graníticas estão caracterizadas por pertencerem ao magmatismo do tipo

subalcalino, com evolução para uma série calcioalcalina. Tais rochas têm caráter

metaluminoso e possuem ampla variação no conteúdo de sílica e com gaps de

composição entre 64% e 68% e 72% e 75%, os quais correspondem ao conjunto de

rochas tonalíticas. Esta separação entre essas rochas em duas séries calcioalcalinas

diferentes mostra que elas não são cogenéticas. Há um intervalo de geração entre os

litotipos, sendo que os tonalitos são sin-tectônicos e os granitóides pós-tectônicos. O

ambiente tectônico compressivo de arco magmático teve um relaxamento termal e deu

origem a eventos de extensão crustal.

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15

Parte III – Processos de Alteração em Maciços Rochosos.

III.1 - Alteração Intempérica

O intemperismo pode ser estudado sob muitos pontos de vista, tais como, processo

inicial para sedimentação, processo de formação de solo, processo de enriquecimento em

certos elementos, processo geológico de interesse em si. O nosso interesse no

intemperismo prende-se ao fato de o mesmo modificar drasticamente o comportamento

químico e físico das rochas. Isto importa sobremaneira à Geotecnia e mesmo a

Geomorfologia. De qualquer forma, é preciso conhecer o processo em si para se tirar

algumas conclusões sobre a influência do intemperismo nessas áreas.

Por intemperismo entendem-se os processos de desintegração e decomposição

(modificação de mineralogia e química das rochas) que ocorrem na superfície da crosta,

em função do contato desta com a atmosfera ou, em parte, com a hidrosfera. Não se

inclui neste conceito o processo de erosão. Este implica remoção de partículas sólidas.

No intemperismo há remoção de substancias em solução.

Intemperismo físico é o conjunto de processos que levam a fragmentação e

desintegração da rocha. Intemperismo químico é o conjunto de processos que levam à

decomposição da rocha.

>> Intemperismo Físico:

a) diaclasamento: pode ter origem tectônica, no resfriamento de lavas, etc, e,

nestes casos, nada tem a ver com intemperismo. Entretanto, o diaclasamento, devido à

remoção de camadas sobrejacentes a uma determinada rocha, não só põe essa rocha a

descoberto, mas também libera tensões ali existentes facilitando o diaclasamento e

impondo um efetivo processo intempérico. Todas as rochas são elásticas, isto é,

diminuem de tamanho numa ou em todas as direções, quando comprimidas. Logo, o

alívio das tensões aos quais as rochas podem estar submetidas quando em profundidade

pode gerar padrões de diaclasamento.

Na abertura de túneis, por exemplo, é possível medir o estado de tensão da rocha

pelo seu estado de deformação. A lei de Hook relaciona o estado de tensão com a

deformação σ = ε. Ε (Ε = módulo de elasticidade; σ = tensão; ε = extensão ou deformação

linear). Portanto, a deformação da rocha vai ser proporcional à carga que existe sobre ela

e inversamente proporcional ao módulo de elasticidade da rocha. Uma vez liberada a

carga, essa rocha vai se expandir. Para cima, essa rocha pode se expandir livremente,

mas estará confinada lateralmente e por isso sofrera compressão paralela à superfície,

Obra para Consulta

16

criando condições de fraturamento paralelo à superfície do terreno, da mesma forma que

um corpo de prova, sob uma prensa, mostra fissuras paralelas à direção de aplicação da

forca. O resultado no terreno é um fraturamento paralelo à superfície e tanto mais intenso

quanto mais próximo dela. Pronto: estão formadas as fraturas de alívio.

b) Diaclasamento devido à variação de temperatura: O mesmo efeito é atribuído a

variações diárias ou sazonais de temperatura. O aquecimento da rocha na superfície,

quando essa está exposta, cria expansão que leva a um aumento de volume no sentido

perpendicular à superfície do terreno e em sentido paralelo ao terreno, leva à criação de

tensões, que provocam fraturamento, da mesma maneira mecânica que a outra.

c) Desplacamentos devidos à intemperização química da rocha: Os

desplacamentos, tipos Pão de Açúcar, bastante reconhecidos na área em questão e na

Cidade do Rio de Janeiro em geral, podem ser explicados pelos processos descritos, mas

também são atribuídos ao intemperismo químico. Esta interpretação, entretanto, é

discutível. Pois as rochas alteradas são menos densas que as sãs. Isto pode implicar num

lixiviamento de elementos e transformação de outros de menor peso. Porém, durante o

processo de formação de matacões dentro do solo, desenvolvem-se placas esferoidais

que tendem a se destacar do núcleo central, aparentemente por expansão. Ou, ainda

devido ao alívio de tensão.

d) Ação do congelamento: Quando a água penetra algum espaço vazio da rocha,

gera aumento de volume ao congelar, atuando assim como campo de tensão nos

maciços. Para o clima brasileiro esta ação é irrelevante.

e) Cristalização de sais dentro das rochas: Certas soluções salinas podem penetrar

nos poros ou fissuras das rochas, e após a evaporação os sais cristalizados provocam

aumento de tensão na rocha, fazendo seu volume aumentar. Este fenômeno é mais

comum em áreas marinhas. Bloom (1970) descreve que tais fenômenos são mais ativos

em regiões poluídas com enxofre. Neste caso, a água da chuva reage com o enxofre

formando H2SO4, que por sua vez pode formar CaSO4.6H2O após reagir com cálcio das

rochas. Isto mostra como a influência da poluição pode ser decisiva para o intemperismo.

f) Secagem e umedecimento: Estes dois contribuem para ação de dois processos

que desagregam: o “slaking’ e a expansão”. Segundo Menezes e Dobereiner (1991), o

“slaking” é a desagregação de rochas pelitícas causada pela alternância de secagem e

umedecimento. Expansão: alguns minerais que absorvem água provocam um aumento de

volume na rocha, tais como argilas. Algumas rochas como basaltos, após inicio de sua

intemperização química e absorção de água, formam argilo-minerais expansíveis que se

expandem e retraem, fragmentando a rocha.

Obra para Consulta

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g) Atividade orgânica: A atividade de animais fuçadores, vermes e outros, apenas

contribuem para o intemperismo químico após a abertura de fissuras nas rochas.

>> Intemperismo Químico

a) Resistência dos minerais ao intemperismo: segundo Bowen (1928), a ordem de

cristalização dos minerais é inversa a sua resistência ao intemperismo. Bowen apresentou

as séries de cristalização mineralógica onde fica demonstrado de maneira simples a

evolução químico mineralógica pela qual passa o magma durante a sua cristalização.

Considerando a geração primária das rochas a partir de processos magmáticos, podemos

considerar que mesmo aquelas modificadas (sedimentares e metamórficas) atendem com

relativa precisão a estes parâmetros.

Obra para Consulta

18

Como dito, os produtos de reações químicas, associados a processos de

intemperismo são inversamente proporcionais à ordem de cristalização inicial. Os

minerais secundários (fruto de modificações químicas por ação hidrotermal ou

intempérica) e certas soluções são provenientes da decomposição de alguns minerais

primários.

O tipo de argilomineral formado depende do meio, material originário e da

lixiviação. A precipitação de sílica em solução ao redor de grãos de quartzo dá bastante

resistência ao mineral, o que pode formar nódulos de Chert em sedimentos. K+, Ca++ e

Mg++ são fixados por minerais argilosos rapidamente consumidos pelas plantas. Já o Na+

é muito solúvel e de difícil fixação.

>> Efeitos do intemperismo de interesse geotécnico:

a) Relação entre intemperismo e a resistência: o que dá resistência a rocha é o seu

grau de sanidade, principalmente para as ígneas e metamórficas, sendo possível seu uso

para todo tipo de obra. Segundo Farjallat (1972), a importância dos materiais rochosos em

construção reside principalmente em quatro efeitos: diminuição de resistência com ou

sem produção de finos, variação nas características mecânicas de deformação e

deformabilidade, variação na porosidade e permeabilidade e, diminuição nas

características de aderência e adesividade.

O processo de classificação do grau de alteração (Chiossi,1979) usa os termos:

racha praticamente sã, rocha alterada e rocha muito alterada. A comissão para

mapeamento geotécnico da AIGE propõe a seguinte classificação:

Classe Grau de alteração Termo

1 0-25 Fracamente alterado

2 25-50 Moderadamente alterado

3 50-75 Altamente alterado

4 75-100 Completamente alterado

5 100 Solo residual alterado

b) Durabilidade das rochas: é função da velocidade de alteração sofrida pelo corpo

rochoso. O clima é fundamental para a definição da velocidade de alteração de uma

rocha, mesmo em profundidade. Exemplos são granitos de países tropicais que em

poucos anos são alterados, enquanto que rochas mobilizadas por geleiras continuam

Obra para Consulta

19

praticamente sãs (Hunt, 1972). No Brasil as rochas basálticas precisam ser bem

estudadas antes de sua utilização em uma obra, pois pode não suportar as intempéries

de uma geração.

III.2 – Alteração Hidrotermal

>> Caracterização da Atividade Hidrotermal

O termo hidrotermal está intimamente associado à atividade de fluidos

relativamente quentes originadas por atividade magmática (ou mesmo metamórfica) ou

por atividade ígnea residual. Assim, processos hidrotermais associam-se à atividade

ígnea e envolvem águas aquecidas ou superaquecidas.

A alteração hidrotermal, de rochas e minerais, é fruto da reação dos fluidos

hidrotermais, água principalmente, com as fases minerais sólidas pré-existentes. O

estágio da atividade hidrotermal está associado ao resfriamento magmático ou ao

incremento no grau metamórfico, quando são possíveis de ser acumuladas fases

residuais voláteis. Os limites exatos referentes a estes estágios são variáveis e,

dependendo do autor, podem ser definidos por assembléias minerais presentes na rocha,

por estimativa de temperatura, pela composição dos fluidos atuantes dentre outros.

Há ainda aquilo que se define como metamorfismo hidrotermal. Este tipo é causado

pela percolação de fluidos ou de soluções de gases aquecidos por entre fraturas e/ou

foliações e que causam mudanças de fases mineralógicas presentes. Atividades no

campo do hidrotermalismo associadas a padrões estruturais (zonas de cisalhamento, por

exemplo) são bastante frequentes.

Depósitos hidrotermais são agregados minerais formados por precipitação e que

ocorrem, principalmente, relacionados a processos de substituição mineral em planos de

fraturas, brechas, planos de falhas, espaços intergranulares. Esta atividade envolve

processos que ocorrem entre 50 e 600 graus Celsius, sendo melhor caracterizado no

intervalo entre 50 e 400 graus Celsius em pressões variando entre 1 e 3Kbars. Como

resultado de sua ação, a presença de rochas em algum nível alteradas é comum.

Sua ocorrência e estudo são quase desconhecidos no ambiente da Geotecnia.

Constituem de complexos aspectos geoquímicos atuantes em transformações ocorrentes

em maciços rochosos. Alguns eventos magmáticos, metamórficos de alta temperatura,

penetração de água subterrânea em áreas profundas e zonas de cisalhamento são

capazes de gerar uma variação termal nas rochas que estão envolvidas nesses

processos. Os fluidos hidrotermais agem nas rochas através de seus condutos, brechas,

Obra para Consulta

20

fraturas primárias ou secundárias, foliações, sendo esta ação dependente da

permeabilidade do maciço. Alguns elementos dissolvidos e/ou minerais produzidos

depositados sofrem ação de líquidos e soluções de alta temperatura gerando o processo

de alteração hidrotermal, o qual age diretamente na rocha e forma argilominerais através

da deposição de soluções quentes.

As diferentes composições e temperaturas do fluido têm importante papel nos

processos de alteração hidrotermal são capazes de gerar alguns dos principais

processos, como:

>> Cloritização: atuante em minerais máficos (biotita e anfibólio).

>> Sericitização: atuante em minerais félsicos ricos em K (K-feldspato e Plagioclásio

alcalino)

>> Saussuritização: atuante em minerais félsicos (plagioclásio).

>> Muscovitização: atuante em minerais máficos (biotita) e félsicos (K-feldspato).

>> Caulinização: atuante em minerais félsicos (plagioclásio e k-feldspato).

>> Epidotização: atuante em minerais máficos (biotita e anfibólio) e félsicos (plagioclásio).

>> Oxidação: atuante em minerais opacos (óxidos e sulfetos) e ocorrendo como resíduo

em alguns dos processos anteriores.

>> Carbonatização: atuante em minerais félsicos (K-feldspato e plagioclásio).

Obra para Consulta

21

Parte IV – Metodologia Proposta para a avaliação de caso do

Túnel do Joá.

Metod ologia Tradicional

A metodologia tradicional de abordagem dos problemas relacionados aos aspectos

geológico-geotécnicos em túneis envolve uma série de parâmetros. Dentre os mais

comuns são usadas a visitação de pontos críticos, com descrição das feições dos

afloramentos e amostragem de material para análises laboratoriais de bancada (ensaios

de compressão e tensão, por exemplo) subseqüentes.

Aplicação de Novos Métodos

No caso do Túnel do Joá foi possível abordar o problema sob novos parâmetros,

como por exemplo: levantamento detalhado de dados estruturais durante a realizaçào de

perfis de campo (lineações, foliações); análise do material coletado por métodos

micropetrográficos, coloração de lâminas de rocha, utilização raios-X (MEV) para

determinação semiquantitativa das fases modificadas; análise semiquantitativa por via-

úmida para determinação de variação do volume de H2O.

Portanto, este estudo, desenvolvido ao longo dos últimos dois anos aponta

para a possibilidade de utilização de técnicas simples e de baixos custos de amplo uso na

"geologia básica" para determinação de parâmetros geotécnicos.

>>Descrição dos Métodos

a) Petrografia: Foi utilizada a metodologia comum aos processos de interpretação

petrográfica. O acervo de lâminas petrográficas realizadas especificamente para o Túnel

do Joá foi de 18 seções delgadas. Esse conjunto representa a coleta e descrição dos

tipos estudados durante a realização do trabalho. Ele compõe parte de um acervo de

cerca de 80 lâminas já confeccionadas com vistas ao desenvolvimento do estudo. Todas

as lâminas foram feitas sem a utilização de lamínulas para a cobertura para que fosse

feito o estudo posterior em Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). O trabalho de

produção das lâminas petrográficas foi realizado pelo Laboratório de Laminação do

Departamento de Geociências da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. À análise

das lâminas procurou-se determinar quais, e em que volume ocorriam, os minerais

coloridos, incolores, as fases acessórias, os minerais secundários, os tipos de texturas,

microestruturas, a seqüência de cristalização, finalizando-se o trabalho com a

Obra para Consulta

22

classificação dos litotipos. Para tal estudo foram utilizados para estudos em luz

transmitida os microscópios Olimpus Bx-40 do Departamento de Geociências da

UFRuralRJ. O processo de classificação dos litotipos atendeu às normas do IUGS.

> Validação do Método: O processo de interpretação das texturas e estruturas ao

microscópio mostrou-se extremamente valioso, pois, além de permitir a devida

caracterização dos processos de transformações presentes, permitiu relacioná-los aos

padrões estruturais e pré-existentes.

b) Análise Estrutural: realizada com base no estudo das estruturas observadas nas

lâminas, permitiu que pudesse ser estabelecida uma relação entre as estruturas

geológicas persistentes neste nível de observação com o surgimento de novos materiais.

> Validação do Método: a metodologia mostrou-se valiosa, pois permitiu que as estruturas

observadas previamente no levantamento de campo pudessem ser identificadas em

escala microscopia demonstrando assim a sua persistência e permitindo ainda que

fossem estabelecidos parâmetros demonstrativos da relação existente entre estas

estruturas e os minerais de alteração surgidos seja no âmbito da fase residual magmática,

seja no âmbito do retrometamorfismo.

c) Coloração de lâminas delgadas (petrográficas): Teve por objetivo um

“mapeamento“ da penetratividade das fraturas observando o grau de permeabilidade do

conjunto rochoso. Foi utilizado pela primeira vez no estudo das rochas da região da Grota

Funda, sendo aqui utilizado pela segunda vez para este tipo de abordagem. Utiliza-se

uma lâmina petrográfica sem lamínula na qual é injetado um fluido, não reagente (azul de

Ceres), pressionado por uma bomba de vácuo.

> Validação do Método: de fácil aplicação e de rápida e acurada resposta, o método de

coloração de lâminas permitiu definir que a observação meramente visual da rocha não é

suficiente, nem precisa, na caracterização de seus parâmetros de alterabilidade. Muitas

das rochas sãs analisadas, mostraram-se mais permeáveis ao fluido do que aquelas

consideradas como alteradas, função do parâmetro microtectônico de sua petrotrama.

d) Análise semi-quantitativa por via-úmida para determinação de variação do

volume de H2O (Perda ao Fogo): Procedimentos básicos relacionados ao método: coleta,

diminuição, moagem, prensagem, primeira pesagem, secagem e segunda prensagem.

Obra para Consulta

23

> Validação do Método: de fácil aplicação, rápida e acurada resposta, a medida da perda

ao fogo permitiu a caracterização do volume de água incorporada à rocha em função das

transformações mineralógicas por elas sofridas.

e) Análise por Raios -x utilizando-se de microscópio eletrônico de varredura (MEV):

Procedimentos básicos relacionados ao método: preparação de lâmina delgada,

individualização das fases a serem analisadas, obtenção de imagens e resultados

analíticos qualitativos e semiquantitativos.

> Validação do Método: a aplicação do método mostrou-se válida principalmente no que

diz respeito à possibilidade de confirmar, a nível submicroscópico, a perpetuação do

fraturamento imposto pelo tectonismo ao qual a rocha foi submetida. A utilização de EDS,

acoplado ao exame estrutural, permite ainda estimar (semiquantitativamente) quais são

as mudanças composicionais mais significativas, bem como permite maior acurácia na

determinação do tipo de argila que preenche os planos de fraturas existentes.

Outros métodos ainda poderiam vir a ser utilizados, entretanto até aqui não foram

utilizados.

a) Análise espectral para determinação de porosidade da rocha: visa obter, por

métodos digitais, o valor da porosidade e permeabilidade da rocha analisada. Baseia-se

na captura de imagens petrográficas de lâminas de rocha, que podem ser submetidas a

permeação por fluidos, ou não. Capturada a imagem, ela é tratada digitalmente e um

software específico analisa e calcula os dados de referentes a sua porosidade e

permeabilidade. Utilização de microsonda eletrônica para determinação quantitativa das

fases modificadas visa a obtenção da composição química, em valores absolutos, das

fases minerais presentes na rocha. É possível assim, obter-se uma definição de alta

acurácia dos processos modificadores da rocha, bem como o tipo de substituição

elementar acontecida.

b) utilização de microsonda eletrônica: este método não foi até aqui utilizado,

entretanto entendemos ser pertinente a sua utilização, haja visto a possibilidade de

obtermos a baixo custo informações precisas sobre a composição das fases minerais em

todas as etapas de suas transformações.

Obra para Consulta

24

Parte V – O Túnel do Joá: Estudo de Caso

V.1 - Introdução

Com inauguração na década de 70, o túnel do Joá, o qual não possui revestimento,

assim como outros quatro do município do Rio de Janeiro, registrou seus primeiros

acidentes em 1995. Alguns blocos de, aproximadamente, 2m3 de volume começaram a

ceder, chocando-se com veículos. Portanto, a partir desta constatação foram realizados

estudos geo-estruturais, que evidenciaram diferenças nas características do maciço assim

como descrito em Danciger & Totis (1971).

O gnaisse facoidal é a rocha que compõe, praticamente, todo o maciço rochoso

onde o tunel está instalado. Esta rocha possui, interdiogitada, bandas eventualmente ricas

em biotita, veios pegmatíticos e finos diques de diabásio, além de estruturas

anteriormente não descritas como xistosidade subhorizontal, que as vezes concordam

com fraturas, formando lascas subhorizontais. Há também zonas cisalhadas e alteradas

com fluxo de água, em parte alteradas, com duas ou mais famílias de fraturas conspícuas,

com espaçamento de 1mm a 5mm.

Após mais acidentes, incluindo um com vítima, foi contratada uma empresa para

remoção dos blocos iminentes a cair. Além disso, foi realizado estudo sobre as

características geológicas do túnel principalmente aquelas ligadas a fatores como

estruturação e alteração hidrotermal primária.

V.2 - Geologia

Após mapeamento do maciço rochoso, geólogos indicaram quais blocos deveriam

ser removidos, caracterizando o grau de alteração das rochas. Nesta etapa foram

coletadas amostras para descrição petrográfica macroscópica e microscópica.

As rochas que compõem o túnel do Joá são gnáissicas, migmatíticas, com

composição granodiorítica a granítica. Os minerais constituintes principais são: microclina,

plagioclásio, biotita, quartzo, hornblenda e alguma granada. Há predominância de

minerais feldspáticos, mas também ocorrem litotipos ricos em minerais máficos.

A rocha predominante é um litotipo rico em facóides de microclina, e mais

eventualmente de plagioclásio, que caracterizam o denominado gnaisse facoidal (Figura

9). A composição mineralógica fundamental, a qual pode ser identificada à vista

desarmada, é formada por microclina, plagioclásio, biotita, quartzo, com hornblenda e

granada eventual. As proporções relativas aos minerais são variáveis, entretanto, sempre

com predominância volumétrica dos minerais feldspáticos.

Obra para Consulta

25

Trata-se de rocha inequigranular, com granulometria da matriz de tamanho médio e

megapórfiroblastos grossos (facóides) de microclina de até 7 cm, predominando,

entretanto, aqueles com cerca de 3 a 4 cm em média. Bandamento metamórfico é notável

em qualquer um dos tipos, sendo mais relevante nos tipos em que a matriz é rica em

biotita. É evidente o aleitamento entre bandas máficas enriquecidas em biotita e outras

félsicas enriquecidas em plagioclásio, quartzo e microclina. Dispersos na matriz é que se

encontram os megaporfiroblastos de microclina. Essas bandas (máficas/félsicas) podem

variar em espessura desde as milimétricas até as centimétricas. A cor natural dos litotipos

varia de tons róseos / avermelhados a branco acinzentados, de acordo com as

quantidades de máficos e de microclina presente no tipo gnáissico examinado.

O estudo ao microscópio atendeu às características gerais de observações que

devem ser feitas quando do estudo deste tipo de rocha. Assim, foram realçadas as

características relacionadas aos aspectos gerais da textura, da granulação e das

estruturas penetrativas (Figura 10).

Além disso, foi feito um cuidadoso estudo dos processos de alterações

mineralógicas que puderam ser identificados, fossem eles associados a padrões

estruturais, à atividade hidrotermal, ou mesmo de alteração intempérica.

Com relação a processos de alteração intempérica, pode ser afirmado que, tendo

em vista a amostragem feita e estudada, os mesmos não tem pertinência, não havendo

sido encontrado nenhum tipo de transformação mineral que pudesse ser associada, de

maneira objetiva, a este tipo de processo.

Com relação às transformações hidrotermais, já se tem um padrão diferente. São

várias as transformações minerais que a este tipo de processo puderam ser relacionadas,

sendo algumas condicionadas por estruturas tectônicas e outras a processos

metamórficos e magmáticos.

Para apresentar estes padrões de transformação optou-se aqui por apresentar a

descrição completa de lâmina delgada de todas as litologias representativas do interior do

túnel, sendo realçadas as informações pertinentes a estas alterações.

Quanto a transformações relacionadas intrinsecamente a padrões estruturais,

puderam ser identificadas, desde aquelas referentes a processos de preenchimento de

microfraturas em minerais e em planos persistentes à rocha, quanto àquelas relacionadas

a processos de recristalização no estado sólido relacionadas aos cisalhamentos D3. As

relações entre os processos estruturais e os minerais de alteração surgidos também

serão aqui analisadas. Ao microscópio as amostras estudadas têm os seguintes minerais

formados por alteração hidrotermal: carbonato, muscovita, sericita, epidoto, clorita e

Obra para Consulta

26

argilo-minerais. Eles são frutos processos magmáticos e metamórficos em estruturas

tectônicas. As características ópticas dos minerais também se alteram deixando claro a

ação dos processos hidrotermais. A ação do intemperismo não foi encontrada nas rochas

do maciço e por isso é irrelevante neste caso.

V.3 - Caracterização do Problema

A despeito do largo predomínio de faixas do maciço rochoso composto por rocha

gnáissica sã, observa-se nitidamente um material de alteração preenchendo algumas

descontinuidades estruturais – particularmente das bandas de cisalhamento - estes

minerais secundários têm aspecto sedoso e à vista desarmada foram caracterizados

como uma mistura de clorita e argilo-minerais.

A sua principal característica é, ao bordejar fragmentos de tamanhos diversos -

compostos pela matriz de quartzo e microclina inalterados - modificar substancialmente o

perfil de rugosidade das fraturas, tal como mostrado na (figura 11), conferindo-lhes uma

resistência ao cisalhamento qualitativa muito baixa.

Foi justamente em locais onde estas faixas ocorrem que aconteceram as quedas

de blocos e lascas rochosas associadas aos acidentes de 1995, 2001 e 2002, tal como

mostrado na (figura 12). Nelas observa-se que a remoção de lascas se dá ao simples

golpe do martelo.

V.4 – Petrografia dos Litotipos

As características observadas a partir das amostras coletadas e do estudo ao

microscópio (lãminas petrográficas) pode ser resumida para cada um dos litotipos

principais.

>> Microclina Gnaissse (Gnaisse Facoidal)

Macroscopia:

Trata-se de um litotipo de cor cinza róseo, leuco a mesocrático, bandado,

semifacoidal a facoidal, com grãos de microclina e plagioclásio realçados em uma matriz

rica em biotita e plagioclásio. A rocha não mostra sinais de transformação intempérica. É

um litotipo fortemente estruturado com bandamento gnáissico bem definido. Fitas de

quartzo podem representar um evento deformacional distinto daquele que determinou o

arranjo da foliação.

Obra para Consulta

Fig 16Fig 15

Fig 13

Fig 11 Fig 12

Fig 10Fig 9

Figura 9: Facóides de microclina e de plagioclásio no Microclina Gnaisse facoidal.

Figura 10: Caracterização da textura ao microscópio do Microclina Gnaisse facoidal.

Figura 11: Material de preenchimento entre grãos inalterados de microclina e quartzo (litotipo gnáissico)

Figura 12: Remoção de lascas, por golpes de martelo, devido a alteração que a rocha sofreu.

27

Obra para Consulta

28

Microscopia:

A rocha apresenta como característica principal um forte padrão de deformação,

marcado por padrões de recristalização mineral e pela imposição de forte bandamento

gnáissico, individualizado a partir da presença de bandas félsicas e máficas interdigitadas,

com predominância daquelas de características félsicas, em um proporção de volumétrica

3 para 1.

A composição mineral da rocha é dada pela presença de microclina, plagioclásio,

quartzo, biotita como minerais essenciais, zircão, apatita e minerais opacos como

acessórios principais e carbonato, muscovita, sericita, epidoto, clorita e argilo-minerais

como produtos de alteração secundária, induzidos por retrometamorfismo, ação

hidrotermal e deformação dinâmica.

Do ponto de vista da separação das bandas félsicas e máficas, as félsicas se

constituem de microclina, plagioclásio, quartzo e muscovita, enquanto a máfica se

constitui essencialmente de biotita e demais minerais acessórios.

A microclina ocorre em cristais de granulação grossa, geminados por Tartan, mas

com geminação perdida no centro dos grãos. Mostra-se estirada tendo caráter xeno a

hipidioblástico, com hábito quadrático a tabular, em grãos em geral límpidos podendo,

entretanto apresentarem-se fraturados, sendo estas fraturas preenchidas por material

carbonático e sericítico. Os grãos de microclina, por seu volume e tamanho, controlam o

padrão estrutural da banda, com os demais minerais adequando-se a sua presença.

O plagioclásio apresenta grãos xenoblásticos, intensamente transformados

(saussuritizados) podendo este processo ser de intensidade tão forte que alguns grãos

perdem as propriedades óticas inerentes ao plagioclásio propriamente dito. As

substituições mais visíveis são pelo crescimento de muscovita (mica branca) (Figura 13) e

epidoto. A transformação dos grãos se dá preferencialmente a partir de feições estruturais

inerentes à cristalização do plagioclásio, preferencialmente a partir de planos de

geminação (Carlsbad e Lei da Albita) e pelos planos de clivagem. A granulação do

plagioclásio varia de média (grãos da matriz da rocha) a grossa (megapórfiros), com grão

de hábito tabular a colunar. A geminação presente é controlada pela Lei da Albita, mas

geminação por Carlsbad também ocorre. Quanto maior o grau de alteração no grão

menos identificável é a geminação. Os grãos mostram-se levemente estirados ao longo

do plano da foliação da rocha, apresentando, por vezes, deformação das lamelas de

geminação.

O quartzo ocorre em proporção similar a do plagioclásio. São grãos xenoblásticos,

límpidos, intensamente deformados, com terminações cominuídas no padrão côncavo-

Obra para Consulta

29

convexo, que sofreram evidente processo de deformação dinâmica que pode ser

caracterizada pela presença de "ribbons" de extinção ondulante constante e presença de

subgrãos e novos grãos (Figura 14 e 15).

A biotita é o constituinte predominante da banda máfica. São grãos de cor marrom

intensa, pleocróicos, de hábito tabular, definidores da foliação da rocha. São de

granulação média e mostram-se transformados, por vezes totalmente substituídos, por

fases tardias como clorita e muscovita. Pode formar pequenos agregados com as fases

acessórias (apatita, zircão e minerais opacos).

As fases acessórias ocorrem dispersas pela matriz da rocha.

As fases secundárias surgem a partir de intensivos processos de transformação

mineral no estado sólido ao qual a rocha foi submetida.

A fase predominante, dentre as fases de crescimento secundário, é a muscovita.

Os grãos de muscovita surgem através de três processos: 1) alteração hidrotermal do

plagioclásio; 2) alteração hidrotermal da biotita; e 3) crescimento retrometamórfico.

A muscovita que cresce por ação hidrotermal no plagioclásio é fruto da

intensidade de transformação sofrida pelos grãos feldspáticos durante o processo de

deformação dúctil ao qual a rocha foi submetida. Tal processo implica na migração de

fluidos de forma intercristalina, fazendo com que fases menos estáveis a estas condições

sofram processos de transformação por eles induzidos. Assim, há a tendência do grão de

plagioclásio se transformar, inicialmente de maneira pontual, em minerais como mica

branca (ilita -> sericita -> muscovita); carbonato (em geral cálcico -> calcita) e epidoto. O

que definirá a presença de grãos individualizados de cada uma dessas fases secundárias

é a intensidade do processo. Assim, pode ser afirmado para o caso da amostra estudada,

que a presença de grãos individualizados de muscovita surgidos às expensas do

plagioclásio, aponta para uma intensidade alta do processo hidrotermal ao qual a rocha foi

submetida (Figura 16).

A muscovita que surge da alteração hidrotermal da biotita atende aos mesmos

preceitos relacionados àquelas relacionadas aos grãos de plagioclásio e descritos acima

(Figura 17). Como marcador deste processo há evidências de crescimento de muscovita a

partir dos planos de clivagem da biotita. Evidentemente que planos, quaisquer que sejam

eles, existentes previamente nas fases minerais primárias, serão caminhos naturais para

a percolação dos fluidos relativos ao hidrotermalismo sofrido pela rocha.

A muscovita que surge por ação retrometamórfica é caracterizada por grãos de

granulação média, bem individualizados, com características óticas bem definidas. Eles

surgem pela substituição (isomorfismo) total de fases preexistentes, ou pelo seu

Obra para Consulta

30

crescimento primário a partir de fases previamente formadas e total ou parcialmente

desestabilizadas. Com isso temos a geração de grãos límpidos e com hábito tabular

característico (Figura 18).

É importante que seja ressaltado que um padrão estrutural superimposto à rocha

com truncagem da foliação e relacionado à presença de planos de cisalhamento de

baixos ângulos, pode ser marcado ao microscópio pelo crescimento ordenado dentro

destes planos de grãos de muscovita primárias (retrometamórfica) (Figura 19).

As demais fases minerais fruto de processos de transformação tem volume mais

restrito. Carbonato pode ser freqüentemente observado preenchendo finos planos de

fraturamento em microclina. Trata-se apenas de processo de preenchimento já que os

grãos de microclina não foram, de maneira significativa transformados por qualquer

processo. Pode ser observado ainda crescimento de carbonato às expensas do

plagioclásio. Epidoto surge também da alteração do plagioclásio, mas em volume restrito.

Outro marcador importante para processos de alteração nesta rocha é a presença de

clorita. Este mineral está associado tanto a processos de caráter hidrotermal quanto

àqueles de caráter retrometamórfico e a individualização a partir do estudo dos grãos

mostrou-se difícil neste caso. Fundamentalmente, tem-se o crescimento de clorita às

expensas de biotita, com o surgimento dos grãos de clorita se dando a partir dos planos

de clivagem da biotita. O único fator de separação entre os processos é o fato de que

quando a substituição se dá de forma total (isomórfica) esta deve ser entendida como

associada a retrometamorfismo, enquanto que quando a substituição é parcial, tanto

processos hidrotermais quanto o próprio retrometamorfismo podem ser os causadores.

Processo

Observado

Transformação Observada Grau de

Intensidade

Hidrotermal

Muscovitização : plagioclásio --> muscovita

biotita --> muscovita

Sericitização : microclina --> sericita

plagioclásio --> sericita

Cloritização : biotita --> clorita

Epidotização : plagioclásio --> epidoto

Carbonatização : plagioclásio --> carbonato

intenso

médio

fraco

intenso

médio

médio

médio

Retrometamórfico

Biotita --> Clorita

Biotita --> Muscovita

Plagioclásio --> Sericita

Plagioclásio --> Muscovita

médio

médio

médio

médio

Obra para Consulta

Fig 14

3

Fig 16

3

Fig 17 Fig 18

Fig 15

Fig 13

21

Fig 19

Obra para Consulta

32

Do ponto de vista da observação microestrutural, são evidentes as presenças de

planos de foliação determinados pelo embricamento de grãos de microclina e de

plagioclásio, bem como pelo arranjo planar das biotitas. Grãos de quartzo ocorrendo

como "ribbons" ao longo do plano da foliação sugere intenso processo de recristalização

no estado sólido induzido, talvez, pelos cisalhamentos D3. Microfraturas em grãos de

microclina são indicativos de atuação de D4 (deformação rúptil). Planos de transposição

assinalados pelo preenchimento dos mesmos por material sericítico e por muscovita,

aponta para a uma relação temporal entre o retrometamorfismo e os planos de

cisalhamento D3.

>> Microclina Biotita Gnaisse (Gnaisse Semi-Facoidal)

Macroscopia:

A amostra corresponde a um litotipo de cor cinza rosado, leucocrático, bandado,

semifacoidal a facoidal. Os grãos de microclina e plagioclásio estão realçados em uma

matriz rica em biotita. A rocha é não mostra processos de alteração intempérica

evidentes. É um litotipo que apresenta forte estruturação com bandamento gnáissico bem

definido e cisalhamentos de baixo ângulo marcado principalmente na interface entre as

bandas félsicas e máficas.

Microscopia:

A observação geral ao microscópio aponta como característica principal para a

amostra um forte padrão de deformação, marcado por feições de recristalização mineral,

pela presença de forte bandamento gnáissico e de planos de cisalhamento marcados pelo

alinhamento de grãos recristalizados. O bandamento gnáissico está individualizado a

partir da presença de bandas félsicas e máficas interdigitadas, com predominância das

bandas félsicas, em uma proporção de volumétrica de 2 para 1.

A presença de facóides de microclina e de grãos grossos de plagioclásio, por

vezes, mascara alguns padrões texturais presentes.

A composição mineral da rocha é dada pela presença de microclina, plagioclásio,

quartzo, biotita como minerais essenciais, zircão, apatita, titanita e minerais opacos como

acessórios principais. Carbonato, muscovita, sericita, ilita, clorita e argilo-minerais são os

produtos de alteração secundária induzidos por retrometamorfismo, ação hidrotermal e

deformação dinâmica.

Obra para Consulta

33

A microclina ocorre em cristais de granulação grossa (semi-facóides), com

geminação difusa no padrão Tartan, variando para grãos médios presentes na matriz. Os

grãos são alongados e levemente estirados de caráter xenoblástico. Tem hábito tabular,

em grãos em geral límpidos com raras inclusões. São controladores do padrão estrutural

da rocha. Mostra-se fraturado com as fraturas estando preenchidas por material

carbonático (Figura 20).

O plagioclásio apresenta grãos xeno a hipidioblásticos, muito saussuritizados

(Figura 21) ou não (Figura 22), sendo estes últimos representantes de fases de

crescimento tardio talvez concomitante ao metamorfismo principal. As substituições no

plagioclásio mais evidentes são marcadas pelo crescimento de muscovita (mica branca) e

epidoto (Figura 23) a partir do preenchimento de planos de clivagem mineral e/ou de

geminação.

O quartzo ocorre em proporção menor que a do plagioclásio. São grãos

granoblásticos, límpidos, deformados, com terminações cominuídas ou corroídas e que

preferencialmente preenchem espaços intergranulares, marcando o seu crescimento

como tardio.

A biotita é o constituinte predominante da banda máfica. São grãos de cor marrom

intensa, fortemente pleocróicos, de hábito tabular, definidores da foliação da rocha. São

de granulação média e mostram-se pouco transformados, predominando apenas o padrão

conhecido como "birds eyes" que caracteriza o início do processo de transformação pela

entrada de água nos retículos de sua estrutura (Figura 24).

As fases acessórias ocorrem dispersas pela matriz da rocha.

As fases secundárias surgem a partir de intensivos processos de transformação

mineral no estado sólido ao qual a rocha foi submetida.

A fase predominante, dentre as fases de crescimento secundário, é a muscovita,

porém em grãos não tão desenvolvidos. Os grãos de muscovita, neste caso, surgem

fundamentalmente pela alteração hidrotermal do plagioclásio.

As demais fases minerais fruto de processos de transformação tem volume mais

restrito. Carbonato pode ser freqüentemente observado preenchendo fraturas em

microclina (Figura 25). Trata-se apenas de processo de preenchimento já que os grãos de

microclina não foram transformados por qualquer um dos processos identificados.

Obra para Consulta

34

Fig 21

3

Fig 18

Fig 22

Fig 13

Fig 23

Fig 20

3

1Fig 24 Fig 25

Figura 20: Megacristal de microclina com preenchimento de material carbonático nas fraturas.Figura 21: Megacristal de plagioclásio com evidente saussuritização.Figura 22: Megacristal de plagioclásio sem saussuritização.Figura 23: Substituição do plagioclásio por crescimento de epidoto nos planos do grão.Figura 24: Biotita com padrão “ ”, marcando o início da transformação da rocha.Figura 25: Carbonato preenchendo fraturas da microclina (inalterada).

bird eyes

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35

Processo

Observado

Transformação Observada Grau de

Intensidade

Hidrotermal

Muscovitização : plagioclásio --> muscovita

biotita --> muscovita

Sericitização : microclina --> sericita

plagioclásio --> sericita

Cloritização : biotita --> clorita

Epidotização : plagioclásio --> epidoto

Carbonatização : plagioclásio --> carbonato

microclina --> carbonato (preenchimento)

médio

fraco

ausente

médio

fraco

fraco

médio

médio

Retrometamórfico

Biotita --> Clorita

Biotita --> Muscovita

Plagioclásio --> Sericita

Plagioclásio --> Muscovita

fraco

fraco

médio

médio

Do ponto de vista da observação microestrutural, há um evidente controle imposto

pela foliação (bandamento gnáissico), bem como pela presença de cisalhamentos que

induziram a penetração de fluidos que atuaram nos processos de transformação, tanto

hidrotermal, quanto retrometamórficos. Pode ser dito ainda que a parte do conjunto

amostrado mais transformada é aquela que se relaciona à presença de planos de

cisalhamento, catalisadores da transformação por permitirem aporte de fluidos ao local.

Ao microscópio a rocha deve ser classificada como um microclina biotita gnaisse

semifacoidal.

V.5 Caracterização ao Microscópio dos Materiais de Alteração

A principal característica das amostras analisadas é a presença de minerais

secundários - carbonato, muscovita, sericita, epidoto, clorita e argilo-minerais - formados

por alteração hidrotermal - retrometamorfismo, ação hidrotermal e deformação dinâmica –

controlada por estruturas tectônicas e processos metamórficos e magmáticos.

Secundariamente destaca-se o forte padrão de deformação das rochas, marcado por

intensa recristalização mineral, na qual os grãos xenoblásticos e límpidos de quartzo

exibem "ribbons" de extinção ondulante constante e presença de subgrãos e novos grãos.

A alteração hidrotermal está relacionada intrinsecamente ao material de

preenchimento de microfraturas dos minerais principais e dos planos de descontinuidades

estruturais (bandas de cisalhamento e fraturas), tal como indicado nas figuras 26, 27, 28,

29, 30, 31 e 32.

Obra para Consulta

Fig 26 Fig 27

Fig 29Fig 28

Fig 31Fig 30

Fig 3236

Obra para Consulta

37

O preenchimento das microfraturas atinge particularmente a microclina nos seus

grãos fraturados – com carbonato e sericita – e o plagioclásio nos seus grãos

xenoblásticos – com saussurita. Estes últimos perderam as suas propriedades óticas

inerentes, sendo substituídos pelo crescimento de muscovita (mica branca) e epidoto a

partir de feições estruturais inerentes à cristalização - planos de geminação e de

clivagem. O preenchimento também atinge a biotita - grãos transformados encontram-se,

por vezes, totalmente substituídos por fases tardias como clorita e muscovita.

Já o material de preenchimento das descontinuidades estruturais está associado

fundamentalmente ao forte padrão estrutural superimposto à rocha, marcado pela

truncagem da foliação e pela presença de planos de cisalhamento de baixos ângulos, nos

quais crescem ordenadamente grãos de muscovita e clorita por ação retrometamórfica.

Enquanto a muscovita é caracterizada por grãos de granulação média, bem

individualizados, com características óticas bem definidas, formada a partir da

substituição (isomorfismo) total de fases preexistentes, ou pelo seu crescimento primário

a partir de fases previamente formadas e total ou parcialmente desestabilizadas, a clorita

é formada por substituição total isomórfica, a partir dos planos de clivagem da biotita.

Com relação a processos de alteração intempérica, pode ser afirmado que, tendo

em vista a amostragem feita e estudada, os mesmos não tem pertinência, não havendo

sido encontrado nenhum tipo de transformação mineral que pudesse ser associada, de

maneira objetiva, a este tipo de processo.

V.6 - Relação entre Estruturas e Alteração.

Durante a execução da pesquisa ficou evidenciada a existência de uma relação

direta entre a presença de estruturas geológicas primárias e os processos de alteração.

Objetivamente, foi definido que os principais produtos de alteração existentes nas rochas

examinadas não se associavam a qualquer processo de intemperismo (a não ser as

fraturas de alívio superficiais). Todas as alterações observadas associavam-se a

processos de fase residual do processo de cristalização magmática (fase hidrotermal -

resfriamento do magma) ou a processos de retrometamorfismo.

É importante caracterizarmos o ambiente de formação destas rochas para que

fique clara a existência entre sua formação magmática (são rochas ortoderivadas) com a

propagação dos efeitos da estruturação do Orógeno Brasiliano. Trata-se de rochas

associadas aos processos iniciais de estabelecimento e deformação do referido Orógeno,

Obra para Consulta

38

e sendo assim foram submetidas a todos os esforços inerentes ao processo evolutivo de

uma Orogenia.

> Caracterização das estruturas principais: a estrutura majoritária presente na fase D1 é o

bandamento tectônico S1, com ângulos baixos e mergulhos geralmente para SSE/SSW

(Figura 33 e 34). A segunda fase D2 com alto grau de deformação dúctil gera zonas de

cisalhamentos locais e algumas de empurrões, sendo que, ela é simultânea às condições

atuantes do metamorfismo primário (M1). Também se iniciou um conjunto de dobras

assimétricas, recumbentes a reclinadas, apertadas a isoclinais, e de superfícies e eixos

axiais com diversos caimentos em todos os quadrantes. A foliação S1 foi transformada

em S2 durante este evento (Figura 35 e 36). A terceira fase D3 de posterior metamorfismo

(M2) a qual foi regida sob regime tectônico rúptil-dúctil, foi capaz de criar dobras normais,

suaves e abertas, as quais se associam a cisalhamento com direção NW sinistrais (Figura

37 e 38). O regime de deformação rúptil que caracterizou a fase D4 tem caráter

extensional, sendo o processo que atual na reativação de algumas estruturas de D3.

Durante esta última fase houve a geração de fraturas subverticais com direção

preferencial NW, e localmente estas fraturas se associam a zonas de brechas fortemente

silicificadas. Intrusões de diabásios, fonolitos e traquitos posteriores a deformação

preenchem as fraturas e cortam as seqüências gnáissicas, assim como os granitos de

toda área (Figura 39 e 40).

Obra para Consulta

Fig 33

Fig 37 Fig 38

Fig 34

Fig 35 Fig 36

Fig 40Fig 3939

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40

V.7 - A Utilização do MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura)

O microscópio eletrônico de varredura (MEV) é um equipamento capaz de produzir

imagens de alta ampliação (até 300.000 x) e resolução. As imagens fornecidas pelo MEV

possuem um caráter virtual, pois o que é visualizado no monitor do aparelho é a

transcodificação da energia emitida pelos elétrons, ao contrário da radiação de luz a qual

estamos habitualmente acostumados.

O princípio de funcionamento do MEV consiste na emissão de feixes de elétrons

por um filamento capilar de tungstênio (eletrodo negativo), mediante a aplicação de uma

diferença de potencial que pode variar de 0,5 a 30 KV. Essa variação de voltagem permite

a variação da aceleração dos elétrons, e também provoca o aquecimento do filamento. A

parte positiva em relação ao filamento do microscópio (eletrodo positivo) atrai fortemente

os elétrons gerados, resultando numa aceleração em direção ao eletrodo positivo. A

correção do percurso dos feixes é realizada pelas lentes condensadoras que alinham os

feixes em direção à abertura da objetiva. A objetiva ajusta o foco dos feixes de elétrons

antes dos elétrons atingirem a amostra analisada.

>> Espectrometria de Energia Dispersiva de Raios-X - EDS

O que é o EDS? O EDS (energy dispersive x-ray detector, EDX ou EDS) é um

acessório essencial no estudo de caracterização microscópica de materiais. Quando o

feixe de elétrons incide sobre um mineral, os elétrons mais externos dos átomos e os íons

constituintes são excitados, mudando de níveis energéticos. Ao retornarem para sua

posição inicial, liberam a energia adquirida a qual é emitida em comprimento de onda no

espectro de raios-x. Um detector instalado na câmara de vácuo do MEV mede a energia

associada a esse elétron. Como os elétrons de um determinado átomo possuem energias

distintas, é possível, no ponto de incidência do feixe, determinar quais os elementos

químicos estão presentes naquele local e assim identificar em instantes que mineral está

sendo observado.

O diâmetro reduzido do feixe permite a determinação da composição mineral em

amostras de tamanhos muito reduzidos (< 5 µm), permitindo uma análise quase que

pontual. O uso em conjunto do EDS com o MEV é de grande importância na

caracterização petrográfica e estudo petrológico nas geociências e aqui apontamos

também para o seu potencial uso na área de Geotecnia.

Obra para Consulta

41

Enquanto o MEV proporciona nítidas imagens, o EDS permite sua imediata

identificação. Além da identificação mineral, o equipamento ainda permite o mapeamento

da distribuição de elementos químicos por minerais, gerando mapas composicionais de

elementos desejados. A importância do sistema MEV-EDS na caracterização petrológica

tem sido amplamente empregada na caracterização de minérios, sendo a sua grande

vantagem a observação direta de bordas ou contornos de grãos (ou em seções polidas), e

na caracterização de porosidade inter e intragranular. Realçamos que estas

características são também tremendamente importantes quando do estudo aqui realizado

onde se tenta relacionar a existência de padrões estruturais com o surgimento de novas

fases minerais.

Bordas de grãos são locais onde se concentram um grande número de defeitos

cristalinos. Nessas regiões estão presentes grandes números de poros e estruturas

resultantes da atuação de diversos processos no agregado policristalino, incluindo os

processos de deformação e metamorfismo e processos resultantes da exposição do

mineral aos agentes atmosféricos (intemperismo). Determinar as feições, atribuindo-as a

cada processo específico, ou seja, caracterizar as microestruturas e identificar seus

mecanismos formadores é um passo fundamental para se conhecer e determinar padrões

associados ao surgimento de uma nova fase mineral.

Um outro aspecto importante nesta caracterização é a determinação de sua

composição química da fase mineral. Os MEVs equipados com detectores de energia

dispersiva de raios-x (Energy Dispersive x-ray Spectrometer - EDS) são de fundamental

importância na determinação da composição das fases minerais. Com o SEM-EDS, é

possível determinar a composição química pontual das fases minerais que compõem o

minério, constituindo o EDS ferramenta indispensável na caracterização e distribuição

espacial de elementos químicos. Elementos como Al, P, Mn, entre outros contaminantes

podem muitas vezes estar presentes em fases minerais de tamanho muito reduzido, o

que torna impossível sua identificação em microscopia ótica, ou por métodos de análises

químicas de rocha total.

>> Difração de Elétrons Retroespalhados

Funcionamento: O EBSD (Electron Backscattering Diffraction) é uma técnica que

consiste em colocar uma amostra com superfície perfeitamente plana inclinada a 70º com

o feixe de elétrons incidente. Os elétrons retroespalhados geram um padrão de difração,

Obra para Consulta

42

que aparece na forma de raias (raias de Kikuchi), que pode ser visualizado em um

monitor de vídeo junto com a imagem SEM do local de incidência do feixe.

Utilização: O EBSD vem sendo amplamente utilizado na caracterização

microestrutural de agregados policristalinos de qualquer natureza. Seu emprego permite a

determinação de orientações de qualquer plano ou direção cristalográfica em regiões

muito pequenas (dependendo da largura do feixe elétrons do MEV) ou em todo o

agregado cristalino. O EBSD, usado em conjunto com o EDS, permite a identificação de

qualquer material cristalino a partir dos elementos constituintes, da simetria e dos

parâmetros do retículo cristalino.

>> A Utilização no estudo: infelizmente no momento em que foi possível a execução das

análises no microscópio eletrônico de varredura (MEV) o aparelho de EDS a ele

associado encontrava-se com problemas tendo produzido resultados não aproveitáveis.

Assim, a parte referente a este método ficou focada na obtenção de imagens a partir de

observações obtidas com elétrons secundários e com elétrons retroespalhados. A

comparação dentro do conjunto obtido apontou para algumas surpresas.

Por exemplo, era esperado que as imagens obtidas por SE (elétrons espalhados)

que nos permite ter uma visão tridimensional do objeto de estudo, fosse nos proporcionar

facilidades para o exame da pertinência dos padrões estruturais em escalas bem

pequenas quando comparadas a imagens obtidas por elétrons retroespalhados (BSE) que

nos permite a observação em escala bidimensional. Não foi o que observamos. Do ponto

de vista da observação das estruturas o padrão SE (3D) apesar de permitir imagens com

maior nitidez "esconde" as estruturas justamente por apresentar os minerais em imagens

tridimensionais. Assim, minerais de hábito micáceo, por exemplo, tendem a "cobrir" as

microestruturas associadas às rochas, enquanto que as imagens do tipo (BSE) as

realçam já que são imagens planares (Figuras 41,42, 43, 44).

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Fig 17 Fig 18Fig 41: Imagem SE (Eletrons Secundários). Imagem em 3D acaba por mascarar po padrão de

fraturamento (MEV DSM 960 10 KV. Aumento de 500x.)

Fig 42: Imagem BSE (Eletrons Retroespalhados) Imagem planar onde são realçados os

padrôes de fraturamento (MEV DSM 960 10 KV. Aumento 500x). Obs: mesma imagem anterior.

Fig 43: Imagem BSE (Eletrons Retroespalhados) Imagem planar onde são realçados os

p a d r ô e s d e f o l i a ç ã o d a r o c h a ( M E V D S M 9 6 0 1 0 K V. A u m e n t o 1 5 0 0 x ) .

Fig 44: Imagem SE (Eletrons espalhados) Imagem tridimensional onde são realçados os

padrôes de foliação da rocha (MEV DSM 960 10 KV. Aumento 1500x). Obs: mesma imagem anterior..

Fig 16Fig 15

Fig 41 Fig 42

Fig 43 Fig 44

43

Obra para Consulta

44

V.8 - A Coloração por Bomba de Vácuo

Utilizando-se de lâminas petrográficas sem lamínula, pode ser caracterizada a

pertinência das estruturas geológicas em escalas microgranulares. O objetivo foi

obtermos um “mapeamento“ da real penetratividade das estruturas/fraturas caracterizadas

nas observações em afloramento e amostras de mão, observando o grau de

permeabilidade/penetratividade de fluidos, submetidos a uma certa pressão, no conjunto

rochoso. Foi utilizado pela primeira vez no estudo das rochas da região da Grota Funda.

Para a obtenção dos resultados foram utilizadas lâminas delgadas sem lamínula nas

quais foi injetado um fluido, não reagente (azul de Ceres), pressionado por uma bomba de

vácuo. O experimento foi realizado nas dependências do Laboratório de Geotecnia do

DG/UFRJ. Como resultados foi possível obter padrões de disseminação dos fluidos na

grade granular, que, inicialmente, eram absolutamente imperceptíveis. Mostrou de

maneira afirmativa que o fato da rocha apresentar-se como sã em afloramentos, segundo

os padrões geotécnicos, não quer dizer que ela esteja imune a participar de processos de

detonação de movimentos, pelo fato dela ter associada a sua formação primária, uma

série de "cicatrizes" que podem servir como detonadoras iniciais de acontecimentos

geotécnicos. (Figura 45, 46, 47, 48).

Obra para Consulta

45

Fig 45 Fig 46

Fig 47 Fig 48

Figura 45 e 46: preenchimento das microfraturas, através da injeção do fluido azul de Ceres

m o s t r a n d o a p e r s i s t ê n c i a d a s f r a t u r a s e m n í v e l m i c r o s c ó p i o .

Figura 47 e 48: grandes espaços foram preenchidos pelo fluido, onde poderia haver uma

i n t e r p r e t a ç ã o e q u i v o c a d a d e p r e s e n ç a d e o u t r o m i n e r a l .

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46

Parte VI – Considerações Finais

Discu ssão No início dos estudos, a expectativa era de que grande parte dos problemas de

instabilidade no interior do túnel, completando em 2002 mais de 30 anos, devia-se à

influência do tempo de auto-sustentação em escavações não revestidas e às alterações

intempéricas nos planos de fraturas naturais e induzidas pelo fogo, condicionadas pelo

fluxo d´água e pelo ph redutor do ambiente fechado do túnel.

Segundo esta hipótese inicial, o decréscimo da qualidade do maciço rochoso

escavado, classificada como boa antes da construção, seria a justificativa dos acidentes e

do acentuado volume rochoso retirado no bate-chôco e do grande número de

chumbadores fixados, os quais suplantaram as expectativas iniciais, justificando um ritmo

mais lento das obras e a necessidade de ampliação do seu prazo de execução.

Na realidade existem, como regra, mais pontos problemáticos do que trechos

absolutamente estáveis no interior do túnel.

Isto contudo não se deve, tal como revelado pelas análises petrográficas, à

existência de material de alteração intempérica ao longo das fraturas e à baixa vazão de

água percolada dentro do túnel, mas sim à presença de material de alteração hidrotermal

e ao alto grau de fraturamento em trechos extensos do túnel, condições estas que

desautorizam a classificação geomecânica do maciço rochoso feita à época da sua

construção e a decisão de mantê-lo sem revestimento.

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47

Parte VII – Conclusões

Existe uma relação direta e objetiva entre os processos de alteração hidrotermal

encontrados nas rochas da Cidade do Rio de Janeiro e a estrutura tectônica pertinente a

cada conjunto litoestratigráfico.

A persistência dessa observação se dá em qualquer escala de observação. A

maior parte dos processos que impuseram um grau de alterabilidade às rochas, está

associado a padrões hidrotermais em associação a petrotramas estruturais, e, não

necessariamente, ligados a agentes intempéricos. A abordagem metodológica que vem

sendo empregada, é inovadora, não havendo registros na literatura especializada de

utilização deste conjunto de ferramentas para a obtenção dos resultados pretendidos.

Ressalte-se que a mera observação visual dos conjuntos rochosos envolvidos, e a

determinação não parametrizada de suas características físico-mecânicas e de grau de

alteração, não são suficientes para a determinação de suas características de

estabilidade.

A manutenção da sistemática de “estudos de caso”, como até aqui vem sendo feito,

garante a geração de um volume de informações que permitirá, no futuro próximo, a

obtenção de um padrão sistematizado que poderá ser utilizado para a definição do tipo de

intervenção mais propícia a cada conjunto litoestratigráfico.

O baixo custo da aplicação da metodologia apresentada, em comparação com o

volume de informações disponibilizadas, aponta para uma ótima relação custo/benefício.

É necessário que se invista mais tempo no aprimoramento do método, incluindo a

utilização das ferramentas até aqui não utilizadas, bem como refinar os resultados e

interpretações já obtidos.

Por fim, o entendimento dos acontecimentos geológicos, ao longo de todo o tempo

geológico, vem se mostrando, no que se refere aos problemas de encostas e túneis

existentes na Cidade do Rio de Janeiro, como determinante para a compreensão dos

processos que levam a manutenção ou a perda da estabilidade dos maciços rochosos da

Cidade.

Com relação aos aspectos geológico-geotécnicos inerentes ao túnel do Joá,

podemos afirmar que: a escolha do traçado definitivo do Túnel do Joá, a geologia garantiu

economia da obra e a antecipação de problemas na escavação. Vinte e cinco anos e

alguns acidentes depois, constata-se que o traçado de fato evitara problemas maiores de

ordem geológica, mas não os eliminou, principalmente porque ao material de alteração

hidrotermal que preenche as fraturas, particularmente ao longo da bandas de

Obra para Consulta

48

cisalhamento, e ao espaçamento médio reduzido dos sets principais de fraturas do

maciço rochoso, somaram-se a abertura das fraturas pela escavação e um pequeno mas

contínuo fluxo d'água. Estas são as condicionantes geológicas que contribuíram para a

ocorrência dos recentes acidentes associados a queda de blocos e lascas rochosas no

interior do Túnel do Joá.

As intervenções de estabilização urgentes nas situações de risco mais críticas

foram executadas sem a necessidade de fechamento do túnel ao tráfego, mas as

investigações geológicas demonstraram claramente que a única forma de se eliminar

definitivamente o risco atual para os usuários da via é o total revestimento do Túnel do

Joá.

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49

Parte VIII – Referências Bibliográficas

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