by Lucas Buffat
by Marcelo Lois
by JoseAlexandreRocha
ELYSSON GONÇALVES ANDRADE
, Pesquisador da Universidade Federal de Campina Grande (Agronomia e Engenharia Agrícola)
, Aluno na Universidade do Estado de Minas Gerais
at Coelho da Fonseca
Eduardo Jaques Cubas
GEOLOGIA PARA ENGENHEIROS I NOTAS DE AULA Prof. Dr. José Augusto de Lollo Ilha Solteira, 2008 2.
Caro aluno, As dificuldades encontradas nas universidades brasileiras de aquisição debibliografias de qualidade e em quantidade suficiente para atender seu s estudantes decursos de graduação, aliadas aos problemas das editoras nacionais em publicar livrosdidáticos, seja devido a seu alto custo ou a sua pequena tiragem, fazem com que nossosprofessores universitários tenham grandes dificuldades de cumprir com seu verdadeiropapel de educadores, passando a atuar como meros repassadores de conhecimento eutilizando para isto a sórdida figura da "apostila" ou "nota de aula". Você deve estar pensando ser incoerente se iniciar uma publicação desta naturezajustamente falando-se mal dela. Na verdade o problema de qualquer "apostila" é formar queo aluno a encara.É preciso que se entenda que uma publicação desta natureza nada mais é que um guia deestudos, a ser utilizado pelo aluno para adquirir conhecimentos básicos, posteriormenteenriquecidos por consultas a livros, onde verdadeiramente os assuntos são abordados deforma completa. Para isso, estas "Notas de Aulas" não apresentam ilustrações ou tabelas, e quando ofazem é apenas na forma na forma de instrumento prático para consulta rápida em trabalhospráticos. Para consultas aprofundadas devem ser consultados os livros texto indicados peloprofessor. Entendendo a maneira correta de utilizar este volume, ele poderá lhe ser muitoútil. Agradeço quaisquer correções quanto a erros constados e sugestões que possammelhorar esta publicação. José Augusto de Lollo, Ilha Solteira, 2008. 3.
CAPITULO 1: CONCEITOS E INFORMAÇÕES BÁSICAS1.1. INTRODUÇÃO: Antes de ser um conjunto de conceitos, teoremas e leis físicas expressas na formamatemática, às ciências surgiram na história da humanidade como decorrência danecessidade do ser humano de conhecer os processos naturais que o cercam de maneira afacilitar sua integração com o meio ambiente para extrair dele os materiais necessários aoseu cotidiano. Neste enfoque, todo conhecimento deriva de um ponto comum, que é necessidadede entendimento dos processos naturais. Porém em nenhum ramo de conhecimento isto setorna mais claro que naquele denominado "ciências naturais" e mais especificamente asgeociências. Este tipo de estudo correlaciona ramos do conhecimento considerados fundamentaiscomo a matemática, a química, a física e a biologia, com outros específicos das geociênciascomo a metrologia, a oceanografia, a geografia e a geologia. Dentre estas ciências oobjetivo do presente curso é o estudo da geologia, cujo nome deriva do grego Geo (deusagrega que simbolizava a terra) e logos (estudo, conhecimento). A geologia compreende oestudo e a interpretação dos processos físicos, químicos e biológicos que se relacionem aosfenômenos naturais do planeta.1.2. INTERESSE DO ESTUDO DA GEOLOGIA: Uma vez que a geologia estuda os materiais e processos existentes no planeta éóbvio que os estudos desta natureza tem sido úteis à muitas outras áreas do conhecimentohumano. Os estudos dos fósseis (restos vegetais ou animais que sob certas condiçõesfísico-químicas são preservados nas rochas) tem sido de grande importância para oentendimento do desenvolvimento das espécies; os novos materiais desenvolvidos emdiversos ramos da indústria tais como cerâmicas especiais e novas ligas que integramcircuitos de computador ou naves espaciais, dependem antes de estudo de naturezageológica que localizem as matérias primas necessidades e forneçam evidências acerca deseus processos de formação; grande variedade de materiais como plásticos e borrachasnada mais são que produtos derivados do petróleo, que foi um material descoberto a partirde pesquisas geológicas; da mesma forma, muitos outros exemplos poderiam ser citados.1.3. IMPORTÂNCIA DA GEOLOGIA PARA A ENGENHARIA CIVIL: O simples falo de que toda obra de engenharia civil está sempre, no todo ou emparte, em contato com rochas ou solos é argumento mais que suficiente para mostrar aimportância do facilitar a sua atuação profissional. O conhecimento das condiçõesgeológicas de uma área na qual se pretenda implantar uma obra de engenharia possibilitaredução de custos e prazos de entrega, facilita o acesso a materiais de construção, favorecea utilização de menores coeficientes de segurança e cria a possibilidade de prevenção ecorreção de quaisquer problemas de estabilidade que possam vir a ocorrer. 4.
Dentre as condições geológicas específicas de interesse para engenheiro civil pode-se citar: composição e propriedade dos solos; composição e descontinuidades das rochas;condições de águas subterrâneas; condições de relevo; materiais de construção presentes esuas propriedades; características de estabilidade dos terrenos; e condições de desmonte eescavação dos terrenos. Quando se discute a importância destes conhecimentos para o engenheiro civil, oscomentários comuns à maioria dos engenheiros que não tiveram este tipo de informaçãosão: "um engenheiro não precisa saber isto", ou "para isso se contrata um geólogo", ouainda "basta que se adotem coeficientes de segurança maiores"; porém isto nem sempre éverdade. "Nem sempre se pode contratar um geólogo", ou ainda "basta que se adotecoeficiente de segurança maior"; porém isso nem sempre é verdade. Nem sempre se podecontratar um geólogo ou uma empresa de consultoria, e a adoção de coeficientes desegurança mais altos implica em obras mais caras, às vezes mais demoradas e,conseqüentemente, menos competitivas. Não se pretende aqui que futuros engenheiros civis saibam de tudo de geologia,mas sim que eles possuam conhecimentos básicos que lhe permitam fazer uma obra segurasem que para isso precise correr atrás de um geólogo para que lhe responda questões queo próprio engenheiro poderia ter resolvido com um mínimo de conhecimento da geologia.1.4. A ESTRUTURA DA TERRA: Desde muitos séculos, os estudiosos dos fenômenos naturais perceberam que partedos eventos que aconteciam na superfície da terra, como vulcões e terremotos, tinham suaorigem no interior do planeta. Um dos primeiros estudos a afirmar algo acerca disso se devea KIRCHER (1664) que afirmava que todos os vulcões existentes no planeta tinham suaorigem num "fogo central" que ele julgava situar-se no centro da terra. Esse tipo de afirmação teve apoio de outros estudiosos, baseado em certasevidências descobertas posteriormente: 1. estudo realizados com meteoritos mostravam que alguns tipos possuíam composição química próxima à composição das rochas provenientes do resfriamento das lavas de vulcões. Como se supõe que estes meteoritos sejam partes da explosão de corpos celestes de constituição parecida a da terra, parece provável que nosso planeta apresente, em seu interior, porções com composição química parecida com a dos meteoritos. 2. observou-se a densidade média obtida para a superfície terrestre (2,73 g/m³) eram incompatível com a densidade calculada para o planeta como um todo (5,53 g/m³) fazendo com que os cientistas imaginassem que as camadas mais internas do planeta fossem constituídas de materiais com maiores densidades (para que o valor global tivesse sentido). Esta densidade deveria se situar entre 9 e 14 g/cm³ (valores próximos daqueles encontrados para os meteoritos), o que enriqueceu a crença que as camadas mais internas do planeta tivessem uma composição próxima dos meteoritos. Até a metade do século XX porém não se tinha qualquer outra evidência maissegura com relação à estrutura e composição interna do planeta. Isto só foi possível com osurgimento da geofísica e os estudos de sísmicas induzida. 5.
Os estudos da sísmica tiveram seu início quando os pesquisadores perceberam queas ondas sísmicas apresentaram diferentes valores de velocidade de propagação para cadamaterial atravessado. Desta forma, os diferentes materiais poderiam ser reconhecidos apartir da velocidade de propagação destas ondas em seu interior. Neste método simula-se o efetivo de um tremor gerando-se ondas sísmicas atravésde explosões ou de fortes impactos, registrando-se a sua velocidade de proporção no meioem questão. As ondas sísmicas podem ser de três tipos, cada uma com suas característicaspróprias de proporção: Ondas L (longas ou diretas) – se programam paralelamente àsuperfície e são responsáveis pelos grandes estragos provocados nos terremotos; Ondas P(primárias) – são ondas que apresentam maior velocidade quanto maior a densidade domeio. E Ondas S (secundárias) – refratadas, que possuem maiores velocidades quanto maisdensas o meio porém não se propagam em meios líquidos. A aplicação destes estudos ao interior do planeta mostrou variações interessantes nocomportamento das ondas P e S que mostraram a existência de três descontinuidadesimportantes no interior da terra mostrando que sua estrutura interna é formada por camadasconcêntricas, cada uma delas com características próprias. • Sial – composição rica em Si e AL, espessura média de 30 km e densidade da ordem de 2,7g/cm³. • Sima – camada rica em Si e Mg, com espessura variando entre 6 e 20km e densidade da ordem de 3,0g/cm³. • Manto – composto basicamente de silicatos de Na, Ca, Mg e Fe, profundidade de 70 a 2.900km, com densidades variando de 3,3 a 5,5 g/cm³. • Núcleo Exterior – composição rica em sulfatos e óxidos, com densidades entre 9 e 11 g/cm³ e profundidade de 2.900 a 4.800km, suposto líquido. Com relação às "descontinuidades" que foram observadas nas ondas sísmicas e quemarcam os limites entre estas camadas tem-se: Descontinuidade de Conrad – marcam olimite entre o Sial e o Sima; Descontinuidade de Mohorovicic - limite entre a crosta oulitosfera (conjunto Sial + Sima) e o Manto; Descontinuidade de Dham – limite entre o Mantoe o Núcleo. Dentre as camadas citadas, a de maior interesse para a geologia no enfoque daengenharia civil é a Crosta ou Litosfera (conjunto Sial + Sima), que é a única camada à qualse tem acesso direto para observação e onde se processam os eventos geológicos deinteresse para a engenharia. É nesta camada que se processa toda a atividade humana e, como decorrênciadisto, as obras de engenharia, portanto nosso estudo vai limitar à litosfera. 6.
1.5. COMPOSIÇÃO DA LITOSFERA Uma vez que a litosfera é a camada que desperta atenção especial de estudo, éimportante antes de mais nada que se conheça a sua posição, pois ela influenciará nacomposição das rochas e dos solos e, conseqüentemente, em suas propriedades. Como opróprio nome indica (lithos – grego, pedra + spheros – camada) esta camada é compostaessencialmente por rochas, e secundariamente por produtos derivados das rochas, comosolos e sedimentos. Desta forma é natural que uma das primeiras tentativas de descrição de suacomposição seja em terrenos do volume ocupado pelos diversos tipos de rochas: Sedimentos ................................ 6,2% Granodioritos ............................. 38,3% Andesitos .................................... 0.1% Dioritos ....................................... 9,5% Bassaltos ..................................... 45,8% Quando se avalia, porém, a distribuição das rochas no planeta em termos de áreaocupada verifica-se que as rochas sedimentares ocupam uma área muito grande, o que sedeve ao fato destas rochas ocuparem grandes áreas com depósitos de pequena espessura,desta maneira, tem-se: Tipo de Rocha Distr. em Volume Distr. em Área Sedimentares 5% 75% Magnéticas 95% 25% Outro tipo possível de descrição da composição da litosfera pode ser feita com basena sua composição em termos de elementos químicos. Neste caso com mais freqüentessão: O ...................................................... 46,6% Si ...................................................... 27,7% Al ...................................................... 8,1% Fe ..................................................... 5,0% Ca ..................................................... 3,6% Na .................................................... 2,8% K ....................................................... 2,6% Mg .................................................... 2,1% Demais ............................................. 1,5% 7.
Como se pode observar, a porcentagem dos elementos químicos acima é tão altaque dos demais só aparecem em proporções diminutas, as quais muitas vezes só podemser representadas em PPM (parte por milhão, o que equivaleria a g/ton), dentre estes osmais comuns são: Ti ........................ 4.400 ppm C ........................ 320 ppm H ........................ 1.400 ppm Cl ........................ 314 ppm P ........................ 1.180 ppm Rb ....................... 310 ppm Mn ..................... 1.000 ppm F ........................ 300 ppm S ......................... 520 ppm As maiores percentagens dos elementos O, Si, Al, e os demais já citados fazcom que os compostos químicos mais freqüentes na crosta sejam óxidos destes elementos,fornecendo as seguintes percentagens médias: Si O2 ..................... 60% Fe2O3 ..................... 3% Al2 O3 .................... 15% K2O ........................ 3% CaO ....................... 5% Na2 ........................ 3% FeO ........................ 4% MgO ...................... 3% Esta freqüência em termos de óxidos se reflete fortemente nos tipos minerais maisfreqüentes na crosta (uma vez que os minerais nada mais são que combinações destesóxidos), fazendo com que a maior parte dos minerais nada mais é que combinações destesóxidos), fazendo com que a maior parte dos minerais presentes na litosfera sejam silicatos. Apesar de haver mais de 1.500 espécies minerais conhecidas pode-se dizer quecerca de 40 delas representam mais de 90% dos minerais encontrados no planeta. Baseadonisto pode-se fazer uma descrição da crosta terrestre em termos mineralógicos, tendo-se oseguinte resultado. Mineral Comp. Química % Feldspatos K2O Al2O3 Si O2 Na2O Al2O3 60 CaO Al2 O3 Piroxênios Ca, Na, Mg, Fe Al2O3 Si O2 Fe2O3 e Anfibólios Ca, Na, Mg, Fe Al2O3 Si O2 Fe2O3 (OH) 17 Quartzo Si O2 12 K, Fe Al2O3 Si O2 H2O Micas Mg, Al Al2O3 Si O2 H2O 4 Todos estes minerais pertencem, como poderemos ver posteriormente, ao grupo dossilicatos, que representa o grupo mineral mais freqüente na litosfera e conseqüentementenas rochas e nos solos e sedimentos. 8.
1.6. TEMPO GEOLÓGICO "Longe, ao norte, numa terra chamada Svithjod, existe uma rocha. Possui cem milhas de atura e cem largura. Uma vez a cada milênio, um pássaro vem à rocha para afiar o seu bico. Quando a rocha tiver sido totalmente, então um único dia na eternidade ter-se-á escoado." VAN LOON (1951) A declaração acima serve ilustrar a grandiosidade do tempo de decorrência dosprocessos geológicos, outro conceito de grande importância no entendimento dosfenômenos naturais estudados no âmbito da geologia. O "Tempo Geológico", comocostuma-se denominar, mede o tempo dos processos geológicos e tem uma conotaçãodiferente das medidas de tempo as quais estamos acostumados em nosso cotidiano. Osprocessos geológicos são medidos em termos de milhares, milhões e até bilhões de anos. Durante a idade média os cientistas e a humanidade atribuíram para o planeta umaidade inferior a 6.000 anos. Estudos posteriores de diversas áreas do conhecimento humanomostraram que os naturais observados na atualidade são tão lentos que 6.000 anos nãoseria tempo suficiente para que os mesmos tivessem se dado. A partir deste ponto muitos cientistas tentaram, de diversas formas, estabelecer aidade da terra com base no acréscimo desalinidade dos oceanos; com KELVIN que tentoudeterminar a idade da terra com base nas medidas de perda de calor do planeta; e demuitos outros pesquisadores que tentaram a mesma coisa utilizando-se da taxa dedeposição dos sedimentos ou de fósseis. Porém a primeira possibilidade concreta de datação dos fenômenos geológicos sedeu com a descoberta da radioatividade e a possibilidade de datação de rochas com basena meia vida de certos geológicos podem durar até bilhões de anos e que a litosfera teria seformado à cerca de 4,6 bilhões de anos. A associação deste método com a datação fossilífera (feita através dos fósseis)possibilitou o estabelecimento da chamada "Escala Geológica do Tempo". 9.
COLUNA GEOLÓGICA DO TEMPOERA PERIODO - DURAÇÃO IDADE CARACTERÍSTICAS SISTEMA Q TECNOGENO ÚLTIMOS 1000 ANOS Tecnologia U Moderna AC T HOLOCENO ÚLTIMOS 5000 ANOS Homem ModernoE PLEISTOCENO 2,5 2,0 Idade da PedraNO T PLIOCENO 4,5 7,0Z EÓ R MIOCENO 19 26I C OLIGOCENO 12 38 Mamíferos eC IO Á Plantas com flores OCENO 16 54 R I PALEOCENO 11 65 OM CRETÁCIO 71 136ES JURÁSSICO 54 190 RépteisO TRIÁSSICO 35 225ZP PERMIANO 55 280A Anfíbios e PlantasL CARBONÍFERO 65 345 PrimitivasEO DEVONIANO 50 395 PeixesZ SILURIANO 35 430Ó Invertebrados,I ORDOVICIANO 70 500 Primeiros FósseisCO CAMBRIANO 70 570PRÉ 2.700 Restos de Esponjas C e Algas Marinhas A M Não Existe B Evidência R FORMAÇÃO DA 4.030 de Vida I CROSTA 4.600 A N (milhões de anos) O 10.
1.7. OBSERVAÇÕES IMPORTANTES: Apesar do fato da coluna geológica do tempo ser mundialmente aceita nos meiosgeológicos até a presente data, algumas observações devem ser feitas acerca de suavalidade uma vez que ela reflete apenas uma tentativa de estabelecimento de ordemcronológica para os processos naturais do planeta. A primeira observação diz respeito ao tempo de duração dos processos geológicos,que nem sempre é da ordem de milhões ou bilhões de ano. O processo de escovação deuma caverna pelas águas meteóricas (água de chuva), por exemplo, pode acontecer numperíodo inferior a 10.000 anos. Outros processos podem se dar em intervalos de tempomuito menores: os processos de vulcanismo muitas vezes se dão em período de dias emodificam a paisagem de grandes áreas; enchentes podem, em questão de horas, través deenxurradas provocarem a deposição de metros de espessura de sedimentos (como ocorreuem 1983 nos estados de Paraná e Santa Catarina); processos de deslizamento de terrapodem movimentar bilhões de metros cúbicos de material em questão de minutos;terremotos podem promover grandes modificações em questão de segundos. A segunda observação diz respeito à questão da duração dos processos geológicose da idade dos fenômenos ocorridos na terra. Os processos de datação radiométrica(datação das rochas através da radioatividade) requerem que duas premissas básicassejam cumpridas para apresentar validade como datador de processos naturais, as quaisnão apresentam ainda o devido respaldo científico: (1) a terra deve ter surgido como umamistura de rochas e água que só se individualizaram posteriormente, (2) os processos quehoje são observados devem ter ocorridos no passado com a mesma taxa que hoje sãoobservados devem ter ocorrido no passado com a mesma taxa que hoje se observa,gastando, portanto períodos de tempo similares. Porém qualquer uma destas premissas pode estar errada, conduzidos assim à pelomenos três possibilidades de datação dos eventos geológicos ocorrentes no planeta: (1) aspremissas estão certas e, portanto a coluna geológica do tempo é válida; (2) os processosque hoje se observa tiveram, no passado, taxas de ocorrência deferentes) o que poderia serreflexo de uma variação na velocidade da luz) e, portanto a história do planeta poderia teraté 10.000 anos; (3) quando o planeta surgiu, ele já era praticamente como hoje, e poucastransformações surgiram a partir daí, neste caso o planeta poderia ter até menos de 6.000anos, mas há a necessidades de influência divina para que as coisas tenham se dado destaforma. O importante nisso tudo é que se note que não é necessário que existe uma sóexplicação para as coisas, ou que qualquer problema técnico tenha apenas uma solução.Mas como até o momento nenhum das premissas citadas foi razoavelmente contestada, acoluna geológica do tempo pode ser considerada válida. 11.
CAPÍTULO 2: MINERAIS2.1. INTRODUÇÃO: Apesar do surgimento da mineralogia como ciência ser um fato relativamenterecente, pinturas que datam de 5.000 anos já mostravam os seres humanos negociandopedras preciosas e fundindo metais. Na verdade o uso dos minerais pelo homem tem umahistória muito mais antiga e começa com o uso de sílex (espécie mineral muito duro e dearestas cortantes) em lanças, por parte do homem pré-histórico. Pode-se definir mineral como: "elemento ou composto químico de ocorrência natural,com estrutura e composição química definidas, formado a partir de processos inorgânicos". Esta definição abrange mais de 1.500 espécies minerais, porém a maioria delas é deocorrência muito restrita e, por isso mesmo não apresenta grande interesse de estudo. Osminerais que aparecem com grande freqüência na crosta terrestre representam um grupobastante pequeno, e aquele que tem interesse para a engenharia civil, um grupo menorainda. Este fato facilitará bastante o estudo dos minerais no que tange ao interesse daengenharia civil.2.2. IMPORTÂNCIAS DOS MINERAIS Como constituintes básicos das rochas, e conseqüentemente da litosfera, osminerais estão presentes em praticamente todos os ramos da atividade humana e muitassão suas utilidades. Mais de 50% dos materiais utilizados pelo ser humano são, de alguma maneira,derivados ou obtidos diretamente de espécies minerais. Isso acontece em quase todos ossetores da industria de transformação, em grande parte das industrias de bens de consumo,e na maior parte das industrias de bens de consumo, e na maior parte da industria extrativa. Com relação às atividades de engenharia civil os minerais estão quase semprepresente nas obras, seja através de sua interação direta com as obras (uma vez que osmesmos são os constituintes básicos de rochas, solos e sedimentos), seja através de suaparticipação como materiais de construção.2.3. ESTRUTURA DOS MINERAIS Uma vez que os minerais possuem uma espessura definida, uma das primeirasformas de estudo dos minerais que se pode ter está baseada na estrutura cristalina (arranjointerno ordenado dos átomos que compõem o mineral). Esta estrutura cristalina é típica daespécie mineral e controla muitas de suas propriedades. As substâncias cristalinas mostram, de maneira geral, um arranjo ordenado baseadona repetição de uma base estrutural morfologicamente constante e que obedece a "leis decrescimento" que fazem com que estas células básicas se associem sempre da mesmamaneira. Estas unidades se dispõem em um retículo tridimensional definido por trêsdireções e pelas distâncias ao longo das quais o "desenho" é repetido. BRAVAIS (1848) demonstrou que esta ordenação de células uma ao lado da outra(segundo certas ligações pré-estabelecidas) permite a existência de apenas 14 retículosespaciais nos quais a vizinhança em torno de cada ponto seja idêntica à dos pontos 12.
vizinhos. Estas estruturas ficaram conhecidas como "os quatorzes retículos espaciais deBravais". Uma vez que a estrutura dos minerais é repetitiva ela apresenta condiçõesparticulares de simetria de acordo com a forma segundo a qual for ordenada. Esteselementos de simetria são planos, eixos e centros de simetria e é típico de cada grupo deespécies minerais, o que permite que se faça uma classificação dos minerais com base emsua estrutura cristalina. Este tipo de classificação possibilitou a definição de seis sistemas cristalográficos, deacordo com o tipo de elementos de simetria aceito por cada um: SISTEMAS CRISTALOGRÁFICO ELEMENTOS DE SIMETRIA Triclínico 1 centro Monoclínico 1 plano e 1 eixo Ortorrônbico 4 planos e 3 eixos Tetragonal 4 planos e 7 eixos Hexagonal 7 planos e 13 eixos Cúbico 9 planos e 11 eixos e 1 centro2.4. PROPRIEDADES DOS MINERAIS Como propriedades dos minerais se entendem todas aquelas decorrentes dacomposição química ou da estrutura cristalina dos minerais, e que podem ser usadas, emconjunto, como critérios diagnósticos para a identificação dos minerais. As propriedadespodem ser divididas em três grupos: (1) não dependentes da luz; (2) dependentes da luz; (3)elétricas e magnéticas. Estes conjuntos de propriedades apresentam uma grande variedade de propriedadesdescritas, porém em nosso enfoque serão citadas apenas aquelas que são fundamentais naidentificação dos tipos minerais mais comuns.2.4.1. PROPRIEDADES NÃO DEPENDENTES DA LUZ Clivagem – propriedade que certa espécie mineral possui de se romper produzindosuperfícies lisas, sempre paralelas aos seus planos de crescimento, dependendo portantoda estrutura interna do mineral. Fratura – maneira pela qual o mineral se rompe quando isto não se dá ao longo deplanos de clivagem. Normalmente são superfícies irregulares. Os tipos mais comuns são:conchoidal, fibrosa ou estilhaçada, serrilhada e irregular. Dureza – resistência ao risco apresenta pela espécie mineral, dependendo daestrutura do mineral e variando de acordo com a estrutura considerada. Como suacaracterização direta é difícil, costuma-se lançar mão da chamada "Escala de Dureza deMohs" que é uma modalidade de determinação indireta da dureza (através de intervalos devariação). 13.
ESCALA DE MOHS 1 – Talco 6 –Ortoclásio 2–Gipsita 7–Quartzo 3– Calcita 8 – Topázio 4– Fluorita 9 – Corindon 5– Apatita 10 – Diamante Habito – diz respeito à forma do cristal da espécie mineral (quando esta apresentacristais bem desenvolvidos) e é função da estrutura cristalina dos minerais.2.4.2. PROPRIEDADES DEPENDENTES DA LUZ Brilho – definitivo como a aparência geral do mineral à luz refletida, sendocaracterizado subjetivamente como: vítreo, resinoso, nacarado, gorduroso, sedoso,adamantino, ceroso e matálico. Cor – diz respeito à cor natural do mineral, devendo-se considerar condiçõesparticulares (tais como inclusões e aquecimento) que podem alterá-lá. Traço – caracterização pela cor do pó finge que a mineral deixa sobre a superfícieque o riscou. Normalmente utiliza-se uma placa de porcelana para o teste do traço dosmenerais. Pleocroismo – propriedade que algumas espécies minerais têm de apresentardiferentes cores conforme a direção cristalográfica na qual são observadas. Iridescência – propriedade que certos minerais possuem de mostrar uma série decores na sua superfície ou interior quando girados à luz. Geralmente é devida à existênciade fraturas no mineral. É bastante comum nos minerais de brilho metálico. Luminescência – qualquer emissão de luz efetuada por um mineral que sejaconseqüência de seu aquecimento (termoluminescência) ou esfregação(triboluminescência). De acordo com o seu tipo os minerais podem ser classificados emfluorecentes (a luminescência cessa quando cessa a causa) e fosforencentes (quando elaperdura após ter cessado a causa).2.4.3. PROPRIEDADES ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS Piroeletricidade – propriedade que certos minerais possuem de transmitireletricidade quando sujeito à aquecimento. Piezoeletricidade – propriedade dos minerais que transmitem corrente elétricaquando sujeitos à pressões adequadas. Magnetismo – são denominados magnéticos os minerais que em seu estado naturalpossuem a capacidade de orientar o imã.2.5. CLASSIFICAÇÃO DOS MINERAIS: A classificação das espécies minerais se baseia em sua composição química,estando às classes minerais agrupadas de acordo com certos radicais químicos, o quepossibilita a definição de 12 classes minerais dentre as quais a dos silicatos é a maior emais importante, sendo por isso subdividida em grupos. As doze classes minerais são: Elementos Nativos – são minerais que ocorrem na forma são combinadas(elementos químicos). 14.
Sulfetos – esta classe compreende os minerais formados pela associação do íonsulfeto (S-²) com certos metais. Sulfossais – compostos através da combinação de S, Sb, Bi ou As com algunselementos metálicos. Óxidos – costumam serem incluídos neste grupo também os hidróxidos, portantoestes grupos compreendem minerais que tenham sua constituição básica formada a partirdos radicais O-² e OH-. Haloides – classe que inclui os fluoretos, brometos e iodetos de origem natural. Carbonatos – minerais que possuem o radical corbonato (CO3-2). Nitratos – minerais formados pela associação do radical NO3- com outros elementosquímicos. Boratos – minerais formados pela associação do radical BO3-2. Fostatos – minerais que possuam o radical PO4-2 em sua fórmula. Sulfatos – minerais compostos com a participação do radical SO4-2. Tungstantos – minerais que apresentam o radical WO4-2. Silicatos – maior classe minerais (fato que é decorrência, como já vimos, de seremO e Si os elementos químicos mais freqüentes na crosta terrestre), inclui todos os mineraisque possuem em sua composição o radical silicato (SiO2), representado cerca de 90% dosminerais mais freqüentes no planeta e quase a totalidade daqueles que interessam àengenharia civil. O fato de se tratar de uma classe muito extensa faz com que ele sejasubdividida em grupos de acordo com a sua estrutura cristalina, criando-se assim osseguintes grupos: Nesossilicatos, Sorossilicatos, Ciclossilicatos, Inossilicatos, Filissilicatos eTectossilicatos.2.6. MINERAIS MAIS FREQÜENTES NAS ROCHAS, SOLOS E SEDIMENTOS: Como já foi dito, apesar do grande número de espécies minerais conhecidos naatualidade, apenas uma pequena parcela destes são constituintes comumente encontradosnas rochas. Portanto um bom conhecimento das características e do modo de ocorrênciadestes minerais é suficiente para a satisfação de grande parte das dúvidas a que umengenheiro civil está sujeito no exercício da profissão. Estes minerais de ocorrência maisfreqüente são: Feldspato – são os minerais mais comuns na crosta, geralmente apresentam coresclaras, duas direções de clivagem bem definidas e contornos normalmente regulares. Ascomposições químicas mais comuns são KAlSi3O8, NaAlSi3O8 e CaAlSi2O8, sua alteraçãocostuma produzir minerais de argila, sendo comuns nas rochas ígneas e metamórficas, nassedimentares normalmente se encontram alterados, possuem dureza 6. Quartzo – possui habitus hexagonal, porém nas rochas raramente apresentacontornos bem definidos, sendo altamente resistente a alteração, sem clivagem, com fraturaconchoidal, brilho vítreo, dureza 7, ocorrendo em quase todo tipo de rocha. Sua composiçãoquímica é Si O2. Anfibólios – apresentam-se como lâminas longas de terminações irregulares, comclivagem em duas direções, e seção hexagonal típica. Comuns nas rochas magmáticas emetamórficas, estes minerais apresentam fórmula X2Y5(Si8O22) (OH)2, onde X costumaser Ca ou Na e Y normalmente Me ou Fe. Micas – apresentam geralmente fórmulas muito complexas compostas por Si, Al, O,K, Mg, Fe, OH e metais alcalinos, apresentando-se na forma lamelar (placas), decorrência 15.
de uma direção de clividagem perfeita. Ocorrem principalmente nas rochas ígneas emetamórficas, alterando-se com certa facilidade em argilominerais. Olivina – com fórmula (MG, Fe)2SiO2, apresenta cores verde escuras, alterando-sefacilmente para silicatos hidratados de Fe e Mg. São minerais típicos de rochas ígneasbásicas ou rochas metamórficas destas derivadas. Sua alteração, quando em estágio inicial,pode resultar em zeólitas. Calcita e dolomita – pertencentes ao grupo dos carbonatos, apresentam fórmulaCaCO3 (dolomita), apresentando formas romboédricas com clivagem boa em três direçõese baixa dureza. São minerais que ocorrem preferencialmente em rochas sedimentaresquímicas, e tem sua identificação facilitada por efervescerem sob a ação de HClconcentrado (a calcita apresenta efervescência em suas superfícies naturais, enquanto adolomita apenas no pó). Hematita – possui brilho metálico, traço castanho avermelhado, podendo ocorrer naforma de placas hexagonais, sendo freqüente em certas rochas metamórficas e em rochassedimentares detríticas, apresenta fórmula Fe2O3 . Magnetita – forma octaédrica, brilho metálico, presente normalmente em rochassedimentares e secundariamente em ígneas e metamórficas. Apresenta forte magnetismo ecomposição representada pó Fe3O4. Argilominerais – silicatos hidratados de forma laminar, apresentando em partículasde dimensões tão diminutas que sua identificação só é possível através de métodosespeciais (como microscópio eletrônico). São divididos em três grupos de acordo com suaestrutura: Grupo de Caulinita, Grupo da Ilita e Grupo das Cloritas.2.7. CHAVES DE CLASSIFICAÇÃO DOS MINERAIS: As chaves de classificação dos minerais constituem um dispositivo prático para adeterminação rápida de qualquer mineral, baseada em suas propriedades diagnósticas. Suautilização se dá na forma de "árvore-lógica", permitindo que se identifique a espécie mineralcom base em propriedades de fácil reconhecimento. 16.
CAPITULO 3: ROCHAS MAGMÁTICAS3.1. Introdução: As rochas (agregados naturais de uma ou mais espécies minerais) são osconstituintes básicos da litosfera e controla fatores naturais importantes para a vida humanacomo a topografia, as condições de fertilidade dos solos e a disponibilidade de matériasprimas para muitos ramos da atividade econômica humana. Estes agregados minerais são classificados, de acordo com sua origem, em trêsgrupos: rochas magmáticas ou ígneas, rochas sedimentares e rochas metamórficas. As rochas magmáticas são aquelas provenientes da consolidação do magma, sendoconsideradas, portanto rochas primárias. O magma pode ser definido como "fluidossuperaquecidos compostos de silicatos, fosfatos, água e gases, com temperaturas variandoentre 500 e 1.200°C e que tem sua origem nas camadas profundas da terra". Comomagmatismo entende-se o conjunto de fenômenos relacionados à atividade do magma. A composição mineralógica das rochas ígneas depende do tipo de atividadesmagmática da qual elas derivam e das condições de cristalização do magma que lhe deuorigem. Com relação à este segundo aspecto existe uma seqüência de cristalização dosminerais que varia de acordo com sua complexidade estrutural e a disponibilidade de sílica(Si O2) no magma. Esta sequência é denominada "Série de Cristalização de Bowen" e podeser esquematizada conforme apresentado na página seguinte. SÉRIE DE CRISTALIZAÇÃO DE BOWEN SÉRIE DESCONTINUA SÉRIE CONTINUA OLIVINA BYTOWNITA PIROXÊNIOS ANFIBÓLIOS BIOTITA ALBITA K – FELDSPATOS QUARTZO 17.
3.2. TIPOS DE ATIVIDADE ÍGNEA: As modalidades de atividades magmáticas são diferenciadas de acordo com aposição na qual se dá o resfriamento e a consolidação do magma. Esta atividade pode sedar de duas maneiras básicas: (1) a consolidação do magma se dá à superfície, neste casoas rochas ígneas apresentam uma posição subhorizontal, sendo denominadas vulcânicasou extrusivas, podendo ainda ser subdivididas de acordo com o tipo de atividade vulcânicaexplosiva); (2) quando a consolidação do magma se dá em profundidade (no interior doplaneta) as rochas são denominadas intrusivas ou plutônicas e neste caso podem-se ter trêstipos básicos de corpos instrutivos (Sills ou Soleiras – de formato tabular e comportamentosubhorizontal, geralmente pouco espessos, provenientes da consolidação do magma emzonas de fraqueza; diques – formato tabular, comportamento vertical ou inclinado,espessuras variáveis; batólitos – grandes corpos intrusivos de formatos semicirculares,consolidados à grandes profundidades.3.3. CARACTERIZAÇÕES DAS ROCHAS ÍGNEAS Dentre as diversas formas possíveis de caracterização das rochas ígneas deve-sedar preferência àquelas que possibilitem uma caracterização mais rápida, podendo de estaforma ser úteis a uma identificação expedida. Neste caso é comum que se opte pelascaracterísticas de textura e composição das rochas.3.3.1. TEXTURA A textura de uma rocha pode ser definida como a sua organização interna, sendodefinida a partir do arranjo dos grãos minerais que integram a rocha. No caso das rochasmagmáticas existem cinco tipos de texturas mais comuns: (1) porfirítica – caracterizada pelapresença de grãos menores; (2) fanerítica – caracterizada pela uniformidade de tamanhoentre os grãos da rocha; (3) afanítica – aprenenta uniformidade no tamanho dos grãos,porém estes possuem dimensões tão pequenas que não são visíveis a olho nu; (4) vítrea –textura caracterizada por um aspecto brilhante, devido a altas percentagens de vidrovulcânico em sua composição; (5) vesicular – presença de espaços vazios na rochadecorrentes da volatilização da gases presentes no magma quando de seu rápidoresfriamento, quando estas vesículas encontram-se preenchidas a textura é denominada"amigdalóide". Enquanto as texturas porfirítica e fanerítica são comuns em rochas intrusivas ouplutônicas (devido ao resfriamento mais lento do magma) as texturas afaníticas, vítrea evesicular são típicas de rochas vulcânicas (nas quais o resfriamento do magma se dá maisrapidamente devido ao contato com a atmosfera).3.3.2. COMPOSIÇÃO As rochas ígneas obedecem, como já vimos, à uma seqüência preferencial decristalização dos minerais (Série de Bowen). Esta por sua vez se caracteriza por apresentarordem crescente de complexidade estrutural e disponibilidade de sílica no magma, o queequivale a dizer que os minerais formados no início da série apresentam baixa 18.
complexidade estrutural e altas percentagens de Fe, Mg, Ca e Na, enquanto aquelesformados no final da série apresentam maior complexidade estrutural (a maior entre ossilicatos) e altas percentagens de Si e Al. A caracterização das rochas magmáticas de acordo com sua composição química emineralógica depende da posição na qual a mesma se encontre na Série de Crisrtalizaçãode Bowen, ou seja, de suas condições fisioquímicas de formação. Suas composições química permite caracterizá-las de acordo com a percentagem desílica (SiO2) uma vez que a maioria dos minerais presentes nas rochas são silicatos. Notocante à mineralogia as rochas ígneas não apresentam grandes variações composicionais,por mais complexa que seja a constituição mineral de uma rocha ígnea os mineraisessenciais são geralmente feldspatos, quartzo, piroxênios, anfibólios e micas.3.4. CLASSIFICAÇÕES DAS ROCHAS MAGMÁTICAS: Uma vez que as formas de caracterização das rochas ígneas mais utilizadas estejambaseadas em suas composições químicas e textura é de se esperar que os critériosutilizados para sua classificação sejam os mesmos. A prática mostra porém que a texturanão é um bom critério de classificação, desta forma costuma-se utilizar para estaclassificação os critérios mineralogia e composição química.3.4.1. CLASSIFICAÇÃO BASEADA NA MINERALOGIA: Este tipo de classificação divide as rochas magmáticas em três grupos de acordocom sua mineralogia básica (tendo como base a cor da rocha): (1) leucocráticas – rochasclaras, ricas em silicatos de cores claras como feldspatos, quartzo e micas brancas; (2)melanocráticas – rochas que apresentam uma composição rica em minerais de coresescuras como piroxênios, anfibólios e micas escuras; (3) mesocráticas – rochas queapresentam uma composição rica em minerais de cores escuras como piroxênios, anfíbios emicas escuras; (3) mesocráticas – rochas com composição mineralógica e coresintermediárias a estes dois grupos.3.4.2. CLASSIFICAÇÃO BASEADA NA COMPOSIÇÃO QUIMICA Com relação à composição química o critério de classificação utilização para asrochas magmáticas é a percentagem em sílica, que possibilita evidência razoável comrelação à origem da rocha. Dentro deste enfoque as rochas ígneas podem ser classificadasem: CLASSIFICAÇÃO % de Si O2 Ácidas > 65% Intermediárias 52 – 65% Básicas 45 – 52% Ultrabásicas > 45%3.5. IDENTIFICAÇÕES DAS ROCHAS MAGMÁTICAS: As rochas magmáticas se caracterizam, como já vimos, por uma mineralogia típica.Isto faz com que a composição mineralógica seja melhor critério para se identificar esta 19.
rocha. A associação deste critério com as características textuais proporciona umamodalidade bastante segura de identificação das rochas ígneas. Este tipo de associaçãomineralogia versus textura possibilita a confecção de tabelas de identificação de rochasmagmáticas que podem ser bastante úteis quando se pretende uma identificação rápida darocha. Como o grupo de rochas ígneas que nos interessa (apenas aquelas mais comuns) ébastante restrito não lançaremos mão de tabelas para sua identificação, organizandoapenas uma lista destas rochas de maior interesse com suas características diagnósticas.3.6. ROCHAS MAGMÁTICAS MAIS COMUNS: Granito – composto principalmente por feldspato, quartzo e micas, é a rochamagmática mais comum, sendo o constituinte rochoso mais comum da crosta terrestre,apresenta texturas fanerítica e porfirítica. Conforme indica sua mineralogia é uma rochaácida utilizada normalmente como material de revestimento, possuindo cores variadas. Sienito – composto de feldspatos, anfibólios, piroxênios e micas, o sienito éclassificado é classificado como rocha intermediária, ocorrendo em regiões de vulcanismoantigo e apresentado textura porfirítica ou fanerítica. Assim como o granito, o sieito éfreqüentemente utilizado como material de revestimento, devido à beleza de suas coresamarelas ou avermelhadas. Gabro – rochas básicas plutônicas compostas por piroxênios e feldspatos, podendoainda apresentar olivina e anfibólios em sua composição, apresenta normalmente texturafanerítica. Suas cores escuras (verdes à pretas) fazem com que o gabro seja bastanteutilizado para revestimento, podendo também ser usado como agregado para pavimentoasfáltico. Peridotito – intrusiva ultrabásica composta de olivina e piroxênios (podendo conterpercentagens apreciáveis de magnetita), possuem normalmente textura fanerítica. Diabásio – instrusiva básica constituída essencialmente por piroxênios e feldspatosde Ca, apresentam predominantemente textura fanerítica fina e são muito utilizados comoagregados. Basalto – vulcânica básica, típica de derrames, apresenta textura normalmenteafanítica, e composição rica em feldspatos de Fe e Mg. Além da textura afanítica sãofreqüentes as texturas vesiculares e amigdaloide, sendo muito utilizado como agregado.3.7. IMPORTÂNCIA PARA A ENGENHARIA CIVIL Com relação à composição mineralógica as rochas ígneas normalmente nãoapresentam grandes problemas para a engenharia civil quando não alteradas. Quandoalternadas ou em estágio inicial de alteração, é preciso que se tome cuidado com osprodutos de alteração dos minerais ferro-magnesianos, presentes principalmente nas rochasbásicas, que podem dar origem à argilominerais expansivos. No que diz respeito a textura é importante que se tenha cuidado com as rochas detexturas porfiríticas (devido à menor resistência dos profiroblastos) e vesicular (pois asvesículas podem estar preenchidas por minerais plásticos ou expansíveis). Com relação àsestruturas (descontinuidades provocadas por esforços sofridos pela rocha) é necessário umbom conhecimento de sua orientação já que as mesmas podem representar superfíciespotenciais de instabilidade. 20.
CAPÍTULO 4: ROCHAS SEDIMENTARES4.1. INTRODUÇÃO: As rochas sedimentos podem ser definidas como "tipo rochoso derivado de outrasrochas, depositado na forma de fragmentos ou precipitado quimicamente, que devido a seulento processo de deposição pode apresentar estruturas planares horizontais". Estas rochas têm sua origem baseada na fragmentação ou dissolução de outrostipos rochosos, transporte destes fragmentos ou íons por meio de soluções, e sua deposiçãoou precipitação em ambientes favoráveis. Assim como as rochas magmáticas, as rochas sedimentares necessitam decondições especificas para sua formação. Estes ambientes normalmente incluem aexistência de água e de condições fisioquímicas particulares. Grosseiramente podem-sedividir os ambientes de posicionais (de formação) das rochas sedimentares em: fluvial,lacustre, marinho, litorâneo, lagunar, desértico, deltaico, de talus e de plataforma.4.2. PROCESSOS SEDIMENTARES: Os processos de gênese das rochas sedimentares estão intimamente ligados aosprocessos de dinâmica externa do planeta, ao contrário das atividades ígneas emetamórficas que estão associadas aos processos de dinâmica interna da terra. O conjuntode processos que tem lugar quando da origem das rochas sedimentares são: (1) processosde intemperismo (fragmentação das rochas e alteração de sua composição química); (2)processos de retirada destes materiais alterados; (3) processos de transporte destesmateriais; (4) processos de deposição dos mesmos sob condições fisioquímicas favoráveis;(5) processos de litificação (transformação destes materiais soltos em rochas).4.3. MINERALOGIA DAS ROCHAS SEDIMENTARES: Como as rochas sedimentares são, na maioria dos casos formados a partir defragmentos de outras rochas, seria de se esperar que elas apresentassem uma mineralogiabastante variada, porém os minerais essenciais das rochas sedimentares são em numerobastante reduzidos. Como os minerais presentes nas rochas sedimentares passam porprocessos de fragmentação e alteração química, apenas os mais resistentes escapam dadestruição total, daí o pequeno número de espécies minerais presentes nas rochassedimentares. Desta forma o número de minerais que resistem com sua estrutura e composiçãoquímica intactas é bastante pequeno. Os outros minerais quando sujeitos a estes processosse modificam e passam a constituir novos minerais denominados "neoformados", os quaissão estáveis sob as novas condições reinantes. 21.
Rocha Pré-existente I N T Desintegração Decomposição E M P R E T Fragmentos Soluções I R Transporte e Distribuição dos Materiais D E P Sedimentos Detríticos Precipitados Quimicos O S L I T Compactação e Cimentação Recristalização I F Rocha Sedimentar Pode-se diferenciar a mineralogia das rochas sedimentares de acordo com osprocessos que lhes deram origem. Se a rocha tem sua gênese associada à deposição defragmentos transportados podemos ter duas possibilidades: (1) se o transporte se deu portração em meio fluido a rocha deve apresentar grãos maiores e uma mineralogia rica emminerais primários (vindos da rocha original e que resistiram aos processos de alteração);(2) se o transporte predominante for a suspensão em meio fluido a rocha deve apresentargrão de menor tamanho e riqueza em minerais neoformados (secundários – criados duranteo processo de alteração). Por outro lado, se a rocha foi formada pela precipitação de soluções químicas eladeve apresentar uma estrutura maciça (onde é praticamente impossível a diferenciaçãoentre grãos) e uma composição rica em carbonatos e/ou fosfatos. 22.
A mineralogia básica das rochas sedimentares pode ser assim descrita: quartzo,fragmentos de rochas, feldspato, micas, argilominerais, clorita, hematita, magnetita, calcita,apatita e dolomita.4.4. ESTRUTURAS SEDIMENTARES: Uma característica diagnostica das rochas sedimentares é a existência de estruturastípicas deste grupo de rochas. Estas estruturas podem ser geradas tanto durante o processode diagênese (conjunto de processos responsáveis pela origem das rochas sedimentares)como posteriormente. Os estudos da sedimentologia (ramo da geologia que estudas os processossedimentares) possibilitam o reconhecimento e descrição de um numero muito grande deestruturas sedimentares, porém muitas delas ocorrem apenas raramente, as maisfreqüentes são em número muito pequeno. Desta forma nosso estudo ficará restritas àapenas aquelas estruturas mais comum. Estratificação – arranjo dos grãos em camadas superpostas de acordo com o ritmode deposição, podendo ser de diversas formas de acordo com a posição das camadas(plano-paralelas, acanalada, e cruzada, entre outras). A presença destas estruturas se deveao fato dos sedimentos (fragmentos que dão origem as rochas sedimentares) sedepositarem em camadas. Gradação Granulométrica – arranjo dos grãos minerais em camadas de acordo comsua dimensão, normalmente é função da diferença de peso ou de massa especifica entre osdiversos grãos e das condições de deposição. A gradação pode ser normal (grãos maioresou mais densos embaixo) inversa (quando os grãos menores ou menos densos seencontram nas camadas inferiores do pacote de sedimentos). Estruturas de Ressecamento – comuns nos sedimentos mais finos (raramente sendopreservada nas rochas), constituiu-se de estruturas retas de caráter vertical mostrandofragmentação e deslocamento entre os grãos vizinhos quando da perda d'água por parte dosedimento.4.5. CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS SEDIMENTARES: Um primeiro critério de classificação das rochas sedimentares diz respeito à suaorigem. Segundo este critério as rochas sedimentares são classificadas em: Clásticas ouDetríticas – quando são provenientes do transporte e deposição dos sedimentos na formasólida, incluindo minerais primários; Química – originadas à partir da cristalização de saistransportados em solução no seu estado dissociado e precipitante em condições fisico-químicas favoráveis; Orgânicas – formadas a partir da acumulação de restos vegetais eanimais. Com relação às rochas químicas e orgânicas a classificação é relativamente fáciluma vez que elas apresentam características mineralógicas facilmente distinguíveis. Asrochas clásticas ou detríticas porém, devido ao caráter de alteração e transporte intensosdos minerais, apresentam uma mineralogia bastante semelhante entre os diversos tipos, oque faz com que para as mesmas se necessite de outro critério de classificação. Nestes casos o critério utilizado é o tamanho dos grãos componentes da rocha. Estacaracterização, denomina granulométrica (medida de tamanho dos grãos) é feita a partir dadefinição de classes de tamanho de grãos presentes na rocha e de suas proporções. 23.
O conceito de granulometria diz respeito ao estabelecimento de classes de tamanhobaseado em intervalos de diâmetro das partículas. Para a utilização deste conceito dediâmetro de partícula consideram-se os fragmentos presentes nas rochas como esféricos,definindo assim o diâmetro equivalente àquela classe de tamanho. As classesgranulométricas assim definidas são: CLASSE DIÂMETRO (mm) Matação > 256 Bloco 64 - 256 Seixo 4 - 64 Grânulo 2-4 Areia Grossa 1/4 - 2 Areia Fina 1/16 – 1/4 Silte 1/256 – 1/16 Argila < 1/256Com base nesta escala granulométrica foi possível a definição dos tipos rochososapresentados na tabela da página seguinte: GRUPO CLASSES GRANUL. ROCHAS SESIM. CARACTERISTICASGranulação Matações, Blocos Seixos e Conglomerados Frag. de Rocha Grosseira Grânulos numa matriz arenosa ou finaGranulação Arenitos Predominância de Média Areia Grossa à Fina quartzoGranulação Silte Siltito = Arenitos Fina Argila Argilito ou folhelho Argilo - mineraisObs – a distinção entre argilito e folhelho pode ser feita com base em estruturas, enquantoos argilitos apresentam estruturas maciças, os folhelhos apresentam estratificação.4.6. IDENTIFICAÇÃO DAS ROCHAS SEDIMENTARES: Além das estruturas anteriormente citadas uma outra característica das rochassedimentares comumente utilizada em suas identificação é a textura. As texturas maiscomuns presentes nas rochas sedimentares são: (1) detrítica – existe a possibilidade deidentificação e individualização dos grãos presentes na rocha, é característica das rochasclásticas; (2) cristalina – textura típica das rochas sedimentos químicas, se caracteriza peloaspecto brilhante pelo aspecto brilhante e pela dificuldade em se individualizar os grãosminerais; (3) oolítica ou eferiodal – presença de partículas de formas circulares resultantesda cristalização de substâncias num forma radial, é característica das rochas químicas; (4)orgânica – textura caracterizada pela presença de restos vegetais ou animais. Ao contrário das rochas ígneas, o estabelecimento de quadros de classificação paraas rochas sedimentares é bastante difícil, porém isto não dificulta a sua identificação uma 24.
vez que as rochas sedimentares costumam apresentar características diagnósticas quetornam bastante fácil a identificação dos diversos tipos.4.7. ROCHAS SEDIMENTARES MAIS COMUNS: Argilito e Folhelho – rochas sedimentares detríticas nas quais predomina a fraçãoargila, apresentando normalmente colorações escuras devido à presença de matériasorgânica. A diferenciação entre os dois tipos pode ser feitas através de estruturas, enquantoo argilito apresenta estrutura maciça (designação utilizada para a ausência de estrutura), ofolhelho apresenta estratificação. Sua mineralogia é rica em micas, clorita e argilominerias. Siltito – rochas clástica que apresenta predominância da fração silte em suacomposição, os grãos podem ser observados apenas com a ajuda de uma lupa,apresentado uma mineralogia rica em argilominerais e fragmentos diminutos de quartzo efeldspato. Arenito – rocha sedimentar detrítica na qual predomina a fração areia, comumenteapresenta estratificação ou gradação granulométrica, apresentando uma composição ricaem quartzo, micas, feldspato e pequenos fragmentos de rocha. Conglomerado – rochas sedimentar clástica que apresenta alta percentagem degrão de tamanho grosseiro (maior que grânulo) e uma mineralogia rica em fragmentos derochas. Brecha – apresenta as mesmas características básicas do conglomerado, porémdifere-se deste por apresentar grãos angulosos (enquanto no conglomerado eles sãoarredondados). Calcário – rochas sedimentar química de textura cristalina e granulação fina, rica emminerais CaCO3 e MgCO3 podendo conter quantidades apreciáveis de argila. Evaporito – rochas sedimentar química de textura comumente esferoidal oucristalina, rica em minerais halóides, proveniente da cristalização de sais marinhos. Sílex – rochas sedimentar química, de textura cristalina, proveniente da precipitaçãode sílica coloidal.4.8. IMPORTÂNCIA PARA A ENGENHARIA CIVIL: Com relação à estabilidade dos terrenos as rochas sedimentares só representamproblema quando se trata de sedimentos com forte contribuição de matéria orgânica. Porapresentar uma mineralogia quase toda composta por minerais estáveis e resistentes àalteração, estas rochas podem representar problemas apenas quando se trata deargilominerais expansíveis. Com relação às estruturas sedimentares é preciso que se tenha cuidadoprincipalmente com aquelas de comportamento planar (como a estratificação) que podemser planos de menor resistência da rocha e, por isso mesmo, planos potenciais de ruptura. Um aspecto interessante com relação as rochas sedimentares diz respeito as rochasquímicas carbonáticas que quando sujeitas à ação de águas aciduladas podem desenvolvergrutas e cavernas cujas instabilidade natural pode vir a comprometer obras situadas nasuperfície. Dois exemplos interessantes destes fenômenos são as cidades de Cajamar (SP)e Sete Lagoas (MG). 25.
Outro aspecto interessante das rochas sedimentares para a engenharia civil dizrespeito a materiais de construção (agregados, cimento, cal e pedra para revestimento), dosquais as rochas sedimentares são boa fonte. 26.
CAPITULO 5: ROCHAS METAMÓRFICAS5.1. INTRODUÇÃO As rochas metamórficas podem ser definidas como "rochas geradas a partir dasvariações das condições de pressão e temperatura de outros tipos rochosos, condiçõesestes diferentes daquelas nas quais as rochas foram geradas". A este conjunto de transformações sofridas pelas rochas dá-se o nome demetamorfismo, englobando todo o conjunto de transformações sofridas pelas rochas sobnovas condições de P e T, sem que as mesmas sofram fusão. Como se pode verificar, as rochas metamórficas podem se originar de qualquer outrotipo de rocha seja ela ígnea, sedimentar ou mesmo metamórfica, desde que as mesmassejam submetidas a novas condições de temperatura e pressão. As modificações de P e T que as rochas sofrem para que se tornem rochasmetamórficas são devidas a processos naturais. Normalmente estas variações estãoassociadas a processos de atividade magmática ou processos de deformação das rochas. Estas variáveis (pressão e temperatura) podem ter dois tipos de causa cada umdelas: a pressão pode ser proveniente de esforços de deformação das rochas ou da ação deseu peso próprio; e a variação de temperatura pode ser provocada por intrusões ou pelaação de fluidos quentes.5.2. MODIFICAÇÕES SOFRIDAS PELAS ROCHAS: O conjunto de transformações ocorridas nas rochas durante o processo demetamorfismo visa das condições de estabilidade físico-químico sob as novas condiçõesreinantes. Estas novas condições de equilíbrio podem ser obtidas através de dois processosbásicos: modificações nas texturas da rocha (arranjo interno dos cristais) e modificações emsua mineralogia. Estes processos porém podem ocorrer os dois ao mesmo tempo e se darde diversas maneiras: Cristalização da Matéria Amorfa; Retirada de Água da Composiçãodos Minerais; Coalescência de Pequenos Cristais; Reação entre Minerais para Formar umNovo Mineral; Reorientação de Cristais das Rochas; Ação de transportes de Ions eElementos por Soluções.5.3. TIPOS DE METAMORFISMO Os tipos de modificações possíveis durante o processo de metamorfismo sãobastante variados, como já pudemos verificar. Esta diversidade de processos aliadas àscondições locais podem dar origem a categorias diferentes de metamorfismo. Os tiposbásicos de metamorfismo são: Metamorfismo de Contato – ocorre apenas nas vizinhanças de pequenasinstruções, abrangendo, portanto, pequenas áreas. O comprovante principal é a temperaturae as modificações sofridas são de caráter eminente mineralógico. Metamorfismo Geotermal – também denominado "Burial" ou "de Confinamento",este tipo de metamorfismo decorre principalmente da ação do peso dos sedimentos sobreas camadas inferiores, provocando principalmente alterações texturais. A inclusão desteprocesso no campo do metamorfismo é bastante discutível. 27.
Metamorfismo Cataclástico – decorrente da ação delatas pressões dirigidas (emzonas de falha), este tipo de metamorfismo abrange pequenas áreas. Devido à pequenaparticipação da temperatura no processo, as rochas sofrem somente reorientação mineral. Metamorfismo Regional ou Dinamotermal – caracterizado pela ação intensa depressão e temperatura, podendo levar até à fusão parcial das rochas. Abrange grandesáreas. Metamorfismo Hidrotermal – causado pela percolação de intrusões fluidas quentes,este metamorfismo provoca principalmente modificações mineralógicas nas rochas.5.4. TEXTURAS E ESTRUTURAS: Comumente (nas rochas ígneas e sedimentos) as feições textura e estruturas sãobastante distintas e tem significados diferentes, porém nas rochas metamórficas elas seconfundem uma vez que a textura (arranjo mineral interno) se reflete nas estruturas (feiçõesde orientação mineral que são distinguíveis a olho nu). Desta forma é comum que se encontre a alguma confusão na denominação destasfeições, ora denominadas texturas ora estruturas. Utilizaremos para denominar estas feiçõeso termo estrutura, englobando os seguintes tipos básicos: Foliação – qualquer tipo de orientação mineral em planos ou superfícies de rochasmetamórficas. Xistosidade – superfície gerada pela orientação de minerais planares(principalmente as micas). Clivagem – orientação de pequenas partículas minerais de formas planares ouasciculares, de caráter eminentemente plano. Sua característica principal é a regularidadede seu comportamento plano.5.5. MINERALOGIA DAS ROCHAS METAMÓRFICAS: As rochas metamórficas podem apresentar uma mineralogia bastante variada umavez que podem se formar a partir de todo tipo de rocha, porém seus minerais essenciaisformam um grupo bastante restrito assim como no caso das rochas magmáticas esedimentares. Existe, porém um grupo de minerais de ocorrência mais restrita que sãotípicos de rochas metamórficas. Desta forma os minerais presentes nas rochas metamórficas podem ser dividodosem dois grandes grupos: Minerais Essenciais – feldspatos, piroxênios, anfibólios, quartzo,carbonatos e micas; Minerais Típicos – granada, epidoto, turmalina, cianita, estautolita,andaluzita, serpentina e talco.5.6. CLASSIFICAÇÃO DAS ROCHAS METAMÓRFICAS: Normalmente as rochas metamórficas apresentam feições bastante diferenciadasuma das outras, não constituindo grupos de rochas com mineralogias e estruturas típicas. Desta forma uma classificação coerente destas rochas (principalmente no que dizrespeito ao interesse para a engenharia civil) é bastante difícil, existindo porém algumastentativas de classificação baseadas em diferentes critérios: (1) Classificação baseada naPresença de Foliação; (2) Classificação Baseada na Presença de Xistosidade; (3)Classificação baseada no Fácies Metamórficos; e (4) Classificação baseada no Tipo deMetamorfismo. 28.
Como nenhuma destas classificações acima descritas apresenta interesse para asfinalidades da engenharia civil, optou-se no presente texto por não recomendar o uso denenhuma delas.5.7 ROCHAS METAMÓRFICAS MAIS COMUNS: Gnaisse – resultante do matamorfismo de granitos e granodioritos, os gnaissesapresentam como característica mais marcante um bandeamento com alternância de coresclaras e escuras (denominado foliação gnássica) e, em alguns casos, a presença degranada. Filitos – caracterização principalmente por uma xistosidade muito bem desenvolvidae alta pasticidade, os filitos são derivados de matamorfismo de folhelhos e argilitos. Xistos – formado a partir do metamorfismo de rochas ígneas básicas, os xistosapresentam xistosidade muito bem desenvolvida, normalmente ondulada. Mármores – rochas metamórficas derivada de calcários, os mármores raramenteexibem xistosidade e possuem uma composição rica em carbonatos. Quartzo – derivado de arenito, o quartzo é muito rico em quartzo pode apresentarboa xistosidade quando apresenta boa percentagem de mica. Itabirito – rico em hematita, exibe alternância de leitos claros e escuros, quandoalterado apresenta crosta ferruginosa pronunciada. Serpentinito – rico em piroxênios, anfibólios e olivina, o serpentinito costumaapresentar cores verdes e xistosidade bem desenvolvida. Talco – decorrente do metamorfismo de rochas ígneas básicas e ultrabásicas, otalco apresenta cores escuras (esverdeadas principalmente), xistosidade muito desenvolvidae presença freqüente do mineral talco.5.8. IDENTIFICAÇÃO DAS ROCHAS METAMÓRFICAS: Apesar de haverem tentativas de utilização de chaves de identificação para asrochas metamórficas, estas normalmente dependem de uma caracterização mineralógicaprecisa da rocha, a qual as vezes só é possível com o uso de microscópio. Como cada tipo de rocha metamórfica apresenta feições típicas, o seureconhecimento é bem mais fácil que o das rochas ígneas e sedimentares. Uma tentativa desistematização desta identificação rápida da rocha em questão. Uma árvore-lógicadesenvolvida para tal finalidade é apresentada na página seguinte. 29.
Árvore Lógica para Identificação de rochas Metamórficas: S N Apresenta Foliação? S S Bandeamento Apresenta Claro/Escuro? Clividade? Ardósia N Tem Hematita? N N S Rica em Talco ou Itabirito Gnaisse Ricas em Serpentina? Carbonatos? S N N "Macia"? S S Quartzito Mármore Talco? N Xistosidade é S Quartzito Ondulada? S Talco Xistoso N N Filito Xisto Serpentinito5.9. IMPORTÂNCIA PARA A ENGENHARIA CIVIL: Como já foi possível observar nos capítulo "rochas ígneas" e "rochas sedimentares",o interesse para a engenharia civil se relaciona à sua mineralogia e descontinuidades(texturas e estruturas). No caso das rochas metamórficas a situação não é diferente. No que diz respeito à mineralogia das rochas metamórficas verifica-se que parte dosminerais que participam de sua composição (típicos do metamorfismo) é estável apenas nassuas condições de formação e quando submetidos a novas condições físico-químicas sealteram facilmente. Assim, o estudo da mineralogia das rochas metamórficas pode ter doisenfoques distintos: (1) mineralogia das rochas – que quando alteradas podem dar origem aprodutos altamente plásticos e de baixa resistência, muitas vezes orientados, o que torna oproblema maior ainda; (2) mineralogia dos Produtos Residuais – como os mineraispresentes nas rochas metamórficas são, na maioria das vezes, silicatos de Ca, Na e Mg,sua alteração pode proporcionar a presença no solo de argilominerais expansíveis. Com relação às estruturas, as rochas metamórficas podem apresentar dois tiposbásicos de problemas, como decorrência do fato de exibirem uma orientação dos mineraisem superfície: (1) estes planos são planos potenciais de instabilidade mesmo quando arocha não está alternada; (2) estas superfícies podem se tornar caminhos preferências depercolação da água podendo gerar grande perda de resistência. 30.
CAPITULO 6: INTEMPERISMO6.1. INTRODUÇÃO A afirmação "a crosta terrestre é constituída por rochas" faz parece que estas rochasestejam sempre à superfície possibilitando assim os trabalhos de quem se interessem emestudá-las. Quando olhamos ao nosso redor porém, verificamos que não é bem isso queacontece. Na maioria das vezes o material ao qual se tem acesso para estudo é constituídopor solos e sedimentos, materiais inconsolidados decorrentes das modificações promovidasnas rochas por processos naturais de desintegração e alteração. Tal fenômeno é, comoveremos, ainda mais intenso quando se trata de regiões intertrópicos como é o caso degrande parte de nosso país. O conjunto de processo responsável pelas transformações ocorridas nas rochas,sejam elas transformações de caráter físico ou químico, recebe o nome de intemperismo(nome este derivado de intempérie – processo natural devido à agentes atmosféricos),sendo também conhecido como meteorização.6.2. FATORES DO INTEMPERISMO Como o próprio nome indica, o intemperismo tem suas principais causasrelacionadas a fatores climáticos, tais como a umidade, a variação de temperatura, o regimedos ventos, a evaporação e a insolação. A maioria dos agentes do intemperismo que vamos estudar depende, alguma forma,das condições climáticas, tais como a umidade, a variação de temperatura, o regime dosventos a evaporação e a insolação. Grosseria, os fatores do intemperismo podem ser divididos em, físicos, químicos ebiológicos, englobando-se aí processos climáticos, reações químicas atividades biológicas. A ação diferenciada de cada fator do intemperismo promove modificações diferentesnas rochas, mas de maneira geral o intemperismo foi dividido em duas categorias (físico equímico) de acordo com tipo de ação promovida pelo fator específico e com o tipo dealteração surgida na rocha. Assim é que no conjunto de processos do intemperismo físico se incluem todosaqueles responsáveis por processos de desintegração física das rochas, entre os processosdo intemperismo químico todos aqueles que promovam alterações na composição químicadas rochas.6.3. INTEMPERISMO FÍSICO É responsável pela desagregação ou desintegração das rochas, sendo geralmenteanterior ao intemperismo químico e, de certa forma, preparando as rochas para as açãoposterior do intemperismo químico. Compreende todos os processos de fragmentação dasrochas possuindo uma atuação restrita em termos de profundidade, normalmente nãoultrapassando alguns metros. Os principais agentes do intemperismo físico são: Variação da temperatura – as variações da temperatura durante as estações doano e principalmente entre o dia e a noite provocam fenômenos de expansão e contração devolume das rochas. Como as rochas são compostas, na sua maioria, de minerais diferentes(e que apresentam diferentes coeficiente de dilatação), e como um mesma espécie mineral 31.
pode ter diferente coeficiente de dilatação de acordo com a direção considerada, estesgrãos minerais ao se expandir e contrair provocarão o aparecimento de tensões no interiorda rocha que tendem a fraturá-la. A ação continua deste fenômeno faz com que a rocha váse fragmentando com o decorrer do tempo. Congelamento as Água – é sabido que a água ao se congelar expande seu volumede até 9%. O congelamento da água presente nos poros da rocha cria desta forma pressõesque tendem a abrir estes poros. A freqüência de ciclos gelo-degelo promove, a longo prazo,a fragmentação da rocha. Cristalização de Sais – acontece principalmente em regiões de clima semi-áridoonde os sais presentes na rocha não são removidos pela água da chuva. Quando aprecipitação acontece existe em seguida um fenômeno intenso de ascenção da água porcapilaridade, trazendo consigo estes íons salinos que se cristalizam fendas das rochas.Estas cristalizações criam pressões devidas ao crescimento dos cristais as quais provocama abertura das fendas, colaborando na fragmentação da rocha. Agentes Físico-Biológicos – dentre os agentes biológicos que promovem ointemperismo físico os mais comuns são os vegetais. O crescimento das raízes das plantasfaz com que estas penetrem nas fendas das rochas onde passam a exercer pressões queabrem estas fendas. Outros agentes biológicos importantes são os animais que fazemburacos e túneis.6.4. INTEMPERISMO QUÍMICO: Caracteriza-se pelas reações químicas entre a rocha e soluções aquosas variadas,tornando-se um processo tão mais rápido quanto mais fragmentado estiver à rocha, umavez que a fragmentação aumenta a área de ataque das soluções sobre a rocha. A velocidade e o resultado final destes processos dependem de diversos fatoresdentre os quais a rocha, o clima, a cobertura vegetal, a topografia e o tempo de duração dosprocessos. O clima quente e úmido é sem dúvida o mais apropriado a estas reações pois amaior presença de água implica em maior presença de agentes químicos em soluções emaiores temperaturas podem acelerar as reações químicas. Ao contrário do intemperismo físico, esta modalidade de intemperismo (químico)pode atingir profundidade consideráveis, variando o seu máximo de acordo com o nível dedrenagem regional. De maneira geral pode-se distinguir três estágios na evolução do intemperismoquímico: (1) início do ataque químico; (2) decomposição total dos minerais com preservaçãode texturas e estruturas; (3) decomposição total, com a formação de novos minerais,desaparecimento das texturas e estruturas da rocha, e formação do solo. Os processos de decomposição podem ser caracterizados de acordo com a naturezada reação química que predomina no processo: Oxidação – decorrente normalmente da ação de bactérias, sendo os sulfetos e oselementos Fe e Mn os mais suscetíveis à oxidação. Os sulfetos podem fornecer o ácidosulfúrico que tem um papel importante na decomposição das rochas. Normalmente oaparecimento de cores amarelas ou avermelhadas na rocha é o primeiro sinal de oxidação. Quelação – decorre da ação dos quelatos (sais orgânicos completos) originados apartir do húmus e que tem o poder de fixar e remover certos inos metálicos com Fe e Al. Oprocesso é muito comum em regiões onde as taxas de precipitação não são muito altas eexiste acúmulo de matéria orgânica no solo. 32.
Hidratação e Hidrólise – em geral estas reações acontecem em seqüência ouassociadas. Na hidratação as moléculas de água são incorporadas aos minerais passando afazer parte de sua estrutura cristalina. Através da hidrólise o mineral é dissolvido pela água.Normalmente elementos K, Ca, Na e Mg migram em solução e outros como Si e Al formamcombinações estáveis dando origem aos argilominerais que são silicatos hidratados dealumínio. Decomposição pelo Ácido Carbônico – é uma modalidade específica de hidrolise.O ácido carbônico é formado pela reação da água da chuva com o CO2 da atmosfera,Apesar de se tratar de um ácido fraco, o H2CO3 encontra-se em estado dissociado na águaque infiltra no solo e é um dos principais agentes do intemperismo. Ele reage com osminerais da rocha formando sais solúveis que migram e argilominerais que ficam comprodutos residuais. Além do ácido carbônico é importante também a ação dos ácidoshúmico e sulfúricos e de ácidos orgânicos provenientes do metabolismo demicroorganismos. Dissolução – efetuada pelos ácidos anteriormente citados, apresenta comomodalidade mais comum a solubilização de carbonatos dando origem a bicarbonatos quemigram em solução e produtos insolúveis que ficam como resíduos. Se a ação da circulaçãoda água é intensa e a região apresenta rochas ricas em circulação da água é intensa e aregião apresenta rochas ricas em carbonatos, pode haver a formação de grutas calcárias. Decomposição Químico-Biológica – corresponde a decomposição das rochasatravés da atividade orgânica, principalmente de bactérias. A seqüência de ocupação deatividades dos organismos vivos em um local ainda não ocupado é: bactérias e fungos,liquens, algas e musgos, e finalmente vegetais superiores. Todos estes organismossegregam CO2, nitratos e ácidos orgânicos como produtos de seu metabolismo, sendo estesprodutos incorporados às soluções que atravessam os solos chegando até as rochas ondefavorecem a decomposição dos minerais.6.5. PRODUTOS RESIDUAIS DO INTEMPERISMO: A ação dos processos de intemperismo físico e químico produz alterações de carátergranulométrico (diminuição do tamanho das partículas) e de caráter composicional(destruição de espécies minerais e aparecimento de outras) que modificam as rochas a talponto que estas não podem mais ser descritas como tal. Quando estes produtos residuais do intemperismo permanecem no local onde osprocessos se deram eles são denominados solos, quando os materiais são resíduos etransportados para outro local eles são designados sedimentos. As condições climáticas controlam grande parte dos processos de modificação dasrochas e, como decorrência, controlam também as características destes produtos residuais,afirmação que pode ser reforçada pelo fato de rochas bastante diferentes darem origem asolos muito parecidos quando sob as mesmas condições climáticas. Mineralogicamente os produtos residuais do intemperismo podem ser descritos comosilicatos e óxidos de Al e Fe, podendo também aparecer hidrossilicatos de Fe e Al e outroselementos como Mg, Mn e Cr. Os metais alcalinos normalmente são lixiviados (retiradospela chuva) podendo ser transportados para camadas mais profundas ou para outros locais. Esta caracterização mineralógica depende do estágio de decomposição em que seencontre a rocha: no primeiro estágio não acontecem modificações mineralógicas profundas(as reações mais comuns são de hidratação) apenas alterações pouco significativa naestrutura dos minerais; no segundo estágio as modificações de ordem mineralógica são 33.
intensas e apenas os minerais mais resistentes à alteração são preservados enquanto asestruturas e texturas permanecem intactas; no terceiro e último estágio a rocha foitotalmente modificada e o produto residual que se observa já pode receber a denominação"solo". Esta evolução da alteração da rocha até o estágio final (formação do solo) pde servisualizada esquematicamente através do "perfil do solo", no qual são apresentadas todasas camadas existentes num perfil de alteração de rocha. Os três estágios de evolução da alteração da rocha podem ser cada um deles:Estágio 1 – a mineralogia da rocha encontra-se inalterada; Estágio 2 – a mineralogia evoluidando origem às novas espécies minerais estáveis sob as novas condições (como ossilicatos hidratados e óxidos de elementos metálicos), os minerais resistentes à alteraçãocomo quartzo continuam inalterados; Estágio 3 – tanto a mineralogia como textura da rochaestão totalmente alteradas (com exceção dos minerais resistentes), os íons mais móveis(como K, Na, Ca, Mg) diminuem sensivelmente sua participação na composição dosminerais e a mineralogia apresenta grande percentagem de hidrossilicatos e óxidos e Fe eAl, as condições de estabilidade química estão estabelecidas até que outro fenômeno venhaa rompê-la. Dentro destas características mineralógicas um tipo de mineral tem grandeimportância serão presentes; no segundo estágio constituem formas instáveis querepresentam grande risco para obras de engenharia; no terceiro estágio normalmente jáevoluíram para formas mais estáveis.6.6. ARGILOMINERAIS: Denominadas errôneamente "minerais de argila" ou "minerais argílicos" esta classemineral compreende os principais componentes das frações finas do solo. As dificuldadesde obervação direta destes minerais (devido ao seu tamanho diminuto) fizeram que durantemuito tempo eles fossem considerados substâncias amorfas (sem estrutura cristalina). Apenas com o uso de técnicas relativamente recentes como o Raio X, a AnáliseTérmica Diferencial e a Microscopia Eletrônica de Transmissão tornou-se possível acaracterização destas substâncias como crsitalinas, adotando-se então a denominação"minerais de argila" para estes compostos. Estudos posteriores, porém mostram que entre estas partículas encontram-setambém diminutos fragmentos de rochas o que fez com que a Comissão Internacional parao Estudo das Argilas recomendasse, em 1959, que se adotasse a denominaçãoargilominerais para estes compostos de granulometria inclusa na fragmentação argila. As dificuldades de identificação das diversas espécies de argilominerais com basenas técnicas tradicionais (observação a olho nú ou microscopia ótica – usadas normalmentepara os outros minerais) fizeram com que se utilizasse os estudos de raios X para suaidentificação. Desta forma os argilominerais foram divididos em grupos de acordo com amedida da reflexão na camada basal dos minerais (que é reflexo direto de sua estrutura). A estrutura dos argilominerais pode ser descrita como a alternância de dois tipos deestruturais básicos: tetraedros de sílica (SiO2) e octaedros de hidróxidos (normalmente Al(OH)3 ou Mg(OH)2. As diferentes formas de combinação dos planos destas duas estruturasbásicas condicionam o comprimento de onda da luz refletida na camada basal e,conseqüentemente, a sua classificação. Desta forma tem-se os seguintes grupos deargilominerais: 34.
Grupo da caulinita – argilominerais constituídos pela alternância de um plano detetraedros e um de octaedros (estrutura denomonada 1:1), comprimento de onda da luzrefletida na camada basal de 7,2 Å, inclui os argilominerais caulita, haliosita e crisotila. Grupo da Montimorilonita – alternância de dois planos de tetraedros e um deoctaedros, a estrutura de 2:1, reflexão na camada basal de 11,4 Å, inclui a ilita e amontmorilonita. Estes minerais costumam apresentar uma camada intermadiárias entre ascélulas básicas, na ilita ela apresentar o íon K e na montmorilonita apresente íons mais H2O Grupo da Clorita – estrutura denominada 2:1:1 (ou 2:1 com camada de hidróxidos)composta por dois planos de tetraedros, um de octaedros e uma camada de hidróxidos)composta por dois planos de tetraedros, um de octaedros e uma camada de hidróxidos,comprimento de onda da reflexão basal de 14,7 Å, incluindo os minerais clorita, vermiculita epaligorsquita.6.7. IMPORTÂNCIA PARA A ENGENHARIA CIVIL: Com relação à mineralogia das frações de granulometria mais grosseira do solopode-se dizer que sua maior importância está no fato de constituírem importantes matériasde construção. Já as frações mais finas (a fração argila principalmente), devido á presençade argilominerais necessitam de uma atenção especial. Estes compostos (argilominerais)apresentam propridades de expansão quando em contato com a água que são muitoimportantes para a engenharia civil. Todos os argilominerais apresentam este fenômenoporém o ele é mais intenso nos grupos 2:1 e 2:1:1 podendo conferir alta plasticidade aossolos, diminuindo desta forma sua resistência. 35.
CAPITULO 7: TECTÔNICA E ELEMENTOS ESTRUTURAIS DAS ROCHAS7.1. INTRODUÇÃO: O interesse da tectônica, mais propriamente geotectônica, abrange o estudo dosmovimentos sofridos no presente e no passado pela crosta terreste. Com relação a estesmovimentos crustais, as maiores evidências de sua existência são fenômenos que ocorremem larga escala como terremotos em geração de cadeias de montanhas. Estes movimentos podem apresentar velocidades variadas, podendo ser bastantelentos (da ordem de 1m para cada 25.000 anos) como nos Alpes, ou muito rápidos como nocaso de erupções vulcânicas (450 em três dias no caso do vulcão Parácuntin no México). Os movimentos tectônicos podem ser de dois tipos: Orogênicos (movimentosgeradores de cadeias de montanhas, criados a partir de esforços que se dirigem do marpara o continente, comprimido os materiais que bordejam os continentes fazendo com queestes materiais se acumulem por deformação e soerguimento) e Epirogênicos (movimentosde componentes verticais ascendentes e descendentes, cujos esforços são gerados nointerior do planeta).7.2. RELAÇÃO TECTÔNICA X DEFORMAÇÃO: Todo movimentos tectônicos está associado à componentes de deformação, ou seja,as forças geradas quando de um movimento tectônico provocam deformações nas rochaspresentes na área afetada. Estas deformações podem se dar em áreas restritas ou emescalas de dimensões continentais. Com relação às rochas pode-se estabelecer, como para qualquer outro material,intervalos de comportamentos frente aos esforços aos quais a rocha é submetidas: (1)Regime Elástico – regime de deformação no qual quando cessa a causa que promoveu adeformação o corpo volta às condições anteriores; (2) Regime Plástico – a rocha se daptaàs novas condições de tensão deformando-se através da alteração de sua forma e estruturainterna, não retornando à condição anterior quando cessa o esforço; (3) Regime Rúptil – omaterial não suporta mais absorver tentão e dissipá-la na forma de deformação plástica e serompe.7.3. DISSIPAÇÃO DE ESFORÇOS x ESTRUTURAS: Como já se pôde perceber, os esforços gerados quando de movimentos tectônicossão dissipados através da deformação das rochas, o que se dá através de alterações deforma e estrutura, alterações estas promovidas por reajustes químicos e por micro-fraturas. Estas deformações podem se dar de maneira diferente de acordo com o regime(elástico, plástico ou rúptil) ao quais as rochas foram submetidas. Com base nisto criou-se,para as rochas, o denominado "Critério de Competência" que classifica as rochas de acordocom suas respostas frente aos esforços em : Competentes – rochas capazes de dissiparesforços através de deformações em regime plástico; e Incompetentes – rochas queapresentam dificuldade em absorver esforços em regime plástico, se deformando em regimerúptil. 36.
É importante ressaltar que este conceito está intimamente relacionado com amineralogia e a textura da rocha. Quando dissipam esforços através da deformação as rochas o fazem, como jávimos, por meio de alterações de seu arranjo mineral. Estas alterações se refletemposteriormente nas rochas através de estruturas que nada mais são que a conseqüênciadesses novos arranjos internos. De acordo com o regime de deformação ao qual foi sujeitas,a rocha vai apresenta estruturas de características bastante diferentes, daí o fato de nestecapítulo se dividir as estruturas das rochas em estruturas de origem plástica e estruturas deorigem rúptil.7.4. ESTRUTURAS DE ORIGEM PLÁSTICA: Neste grupo são incluídas as estruturas que evidenciem deformações nas rochasatravés de variação de volume (característica de deformações em regime plástico). Estasestruturas podem ser divididas em dois grupos: Deformações Flexurais – normalmente são decorrentes de soerguimentos emáreas de deposição sedimentar gerando estruturas onduladas com inclinações suaves quemostram flexuras em suas bordas (flexuras estas que costumam ser denominadasantiformes e as depressões sinformes. Dobramentos – ocorrem quando as rochas são submetidas a esforços superiores aointervalo de regime elástico, fazendo com que as camadas de rocha se dobrem formandosaliências e depressões. As saliências são denominadas antiformas e as depressõessinformes. As dobras podem ter as formas mais variadas, portanto sua classificação dependedo estabelecimento de critérios adotados para esta descrição estão baseados na geometriadas dobras são denominados "elementos geométricos da bobra": Linha de Charneira – linhaque une os pontos de curvatura máxima da dobra; Superfície Axial – superfície que contémas linhas de charneira de todas as camadas sucessivas; Eixo da Dobra – linha de charneirade cada camada; Crista da Dobra – linha que liga os pontos mais altos de uma mesmacamada, só coincide com o eixo em dobras simétricas e cilíndricas; flancos da dobra – ladosda dobra que se unem em seu eixo. Com base nestes elementos geométricos é possível caracterizar os inúmeros tiposde dobras encontradas nas rochas, porém aqui serão apresentados apenas os tipos maiscomuns. Este critério de classificação que se baseia nos elementos geométricos das dobraspermite que se tenha três tipos clássicos de classificação: Baseada na Inclinação dos Flancos – classifica as dobras em anticlinais(apresenta a crista voltada para cima, com os flancos se inclinando em sentidos opostos –divergindo a partir da crista, apresentando as camadas mais antigas no núcleo); e sinclinais(a crista é voltada para baixo, os flancos se inclinam uma para o outro convergindo para acrista, apresentando as rochas mais novas em seu núcleo). Baseada na Superfície Axial – com base neste critério as dobras podem ser dividasem simétricas (os flancos formam o mesmo ângulo com a superfície axial), assimétricas (osflancos formam ângulos com a superfície axial), e deitados (o plano axial tende àhorizontalidade). Baseada no Estilo da Dobra – classifica as dobras em isoclinal (ambos os flancosforam ângulo na mesma direção), recumbente (isoclinal na qual a superfície axial éhorizontal), em leque (os flancos se inclinam na mesma direção no anticlinal e em direções Recommended