propriedades geológico-geotécnicas de formações geológicas

CAPÍTULO 05 – PROPRIEDADES
GEOLÓGICO-GEOTÉCNICAS DE
FORMAÇÕES GEOLÓGICAS
PROPRIEDADES GEOLÓGICO-GEOTÉCNICAS DE FORMAÇÕES
GEOLÓGICAS
As rochas, como vimos anteriormente, dividem-se, de acordo com a sua origem, em : sedimentares,
ígneas e metamórficas.
Rochas Sedimentares:
São formadas à partir da ação de processos erosivos atuantes sobre rochas pré-existentes, sejam
elas ígneas, metamórficas ou sedimentares, que produzem sedimentos, que são transportados e
depositados, sofrendo a ação de processos diagenéticos, responsáveis pela sua consolidação.
Subdividem-se:
- Clásticas (Pelíticas e Granulares);
- Químicas;
- Orgânicas.
As rochas sedimentares cobrem cerca de 75% da área da crosta terrestre, a profundidades que
estão na faixa de interesse para obras civis. As características geológicas de interesse para a
engenharia são aquelas que controlam a resistência, a deformabilidade e a permeabilidade dos
maciços rochosos.
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Rochas Sedimentares Clásticas Pelíticas:
São os argilitos (maior % de grãos na fração argila), siltitos (maior % de grãos na fração silte) e
folhelhos (maior % de grãos na fração argila, mostrando laminação). Compõem o grupo de rochas
mais frequente (em área) na superfície terrestre.
Principais Características Geotécnicas:
• são comumente afetadas por problemas de desagregação, expansão e deformabilidade com a
ação do intemperismo sobre as mesmas;
• menor resistência na direção // ao acamamento;
• alta deformabilidade, quando alteradas;
• a susceptibilidade à expansão/desagregação deve-se à presença de argilominerais expansivos
(montmorilonita, esmectita, etc.) e sulfetos (pirita, marcassita, etc.);
• elevada desagregação quando expostos à ciclos de humedecimento e secagem;
• tendência à se fragmentar (empastilhar) quando expostos em cortes, formando uma camada
superficial protetora do talude, minimizando a ação dos agentes intempéricos no maciço.
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Rochas Sedimentares Clásticas Granulares:
São constituídas principalmente por arenitos (maior % de grãos na fração areia), classificados de
acordo com o seu teor de quartzo e feldspato e também pelo tipo de cimento ou matriz. Também os
conglomerados e brechas fazem parte deste grupo, os primeiros caracterizando-se por serem
formados por fragmentos arredondados, com tamanho superior à um grão de areia (2.0 mm) e os
últimos caracterizados pelos fragmentos angulares, também maiores que 2.0 mm.
Principais Características Geotécnicas:
• boa resistência ao intemperismo, exceto nos arenitos argilosos;
• as propriedades geotécnicas são influenciadas pela porosidade, quantidade e tipo de cimento,
composição dos grãos e teor de umidade:
- maior porosidade => menor resistência
- maior % de grãos de quartzo => maior resistência
- maior teor de umidade => menor resistência e maior deformabilidade;
• arenitos bem cimentados podem ter resistências de até 240 MPa (24000tf/m2), constituindo-se em
excelente rocha para fundações pesadas;
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Rochas Sedimentares Clásticas Granulares:
Principais Características Geotécnicas:
• a quantidade de cimento (grau de cimentação) é mais importante que o tipo de cimento:
- cimentos silicosos - mais resistentes
- cimentos carbonáticos - problemas de dissolução
- cimentos argilosos - mais susceptíveis à alteração
- cimentos ferruginosos - a resistência varia em função do tipo de óxido existente
• a intercalação de camadas de arenitos com folhelhos, siltitos e/ou argilitos (bastante comuns na
natureza), induz problemas de estabilidade devido à erosão diferencial desta rochas;
• o contato arenito - rochas pelíticas é uma superfície potencial de percolação de água;
• diferenças de permeabilidade podem levar à pressurização da água. Podem ainda ocorrer a
formação de níveis d’água suspensos
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Rochas Sedimentares Químicas:
São principalmente constituídas por rochas resultantes da precipitação de solutos e carapaças
calcárias. Constituem-se principalmente por rochas carbonáticas, razão pela qual são utilizadas na
fabricação de cimento e fertilizantes.
• > 50% de calcita - CALCÁRIOS
• > 50% de dolomita - DOLOMITO
• > de 13% de argila – MARGAS
Principais Características Geotécnicas (Calcários e Dolomitos):
• solubilidade - a percolação de água causa dissolução que cria cavernas, fissuras, etc;
• problemas de permeabilidade em obras de engenharia civil - barragens, túneis, etc.
• presença de finas camadas de argilas mais alteradas => influência sobre a resistência,
deformabilidade e permeabilidade;
• podem ter resistências à compressão uniaxial de até 190 MPa;
• o intemperismo produz a criação de uma série de estruturas - dolinas, cavernas, sumidouros,
vazios, irregularidades do topo rochoso, etc., que são importantes para a definição de projetos de
engenharia.
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Rochas Sedimentares Orgânicas:
São formadas pela concentração de restos de organismos. A sequência de enriquecimento do teor
de carbono, com diminuição dos teores de oxigênio e hidrogênio, responsável pela formação de
carvões cada vez mais ricos, se dá na seguinte ordem:
celulose → turfa → linhito → carvão betuminoso → antracito → grafita
A formação do carvão se dá através de:
a) desenvolvimento de uma vegetação continental que permita um acúmulo de substância vegetal;
b) condições de proteção contra a decomposição (queima) total (ambiente pobre em oxigênio), fato
que ocorre quando houver cobertura imediata pela água;
c) após o acúmulo sub-aquoso deve ocorrer o sepultamento contínuo e prolongado por sedimentos.
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Rochas Sedimentares Orgânicas:
Assim, os pântanos e as turfeiras constituem exemplos de ambientes propício à formação de
carvão:
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Rochas Sedimentares Orgânicas:
Na análise da tabela abaixo deve-se observar:
• quanto maior o teor de umidade menor o seu valor energético (será grande a necessidade de
energia para sua liberação);
• a quantidade de cinzas é um índice importante para a indústria, pois dependendo de sua
composição mineralógica pode causar problemas relacionados à utilização do carvão em altofornos.
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Rochas Sedimentares Orgânicas:
O petróleo, por sua vez, tem origem mista, animal e vegetal (principalmente plantônico). O
ambiente de formação do petróleo é análogo ao do carvão. Para que se forme uma jazida
petrolífera economicamente explorável são necessárias as seguintes condições:
• existência da rocha-mãe;
• condições propícias à transformação
química e bioquímica dos componentes
orgânicos em hidrocarbonetos (ação
prolongada e branda de pressão e
temperatura);
• ocorrência de processos migratórios,
através
de:
presença
de
água,
porosidade elevada; contato entre rochageradora com boa porosidade e rochareservatório com boa porosidade e boa
permeabilidade; e presença de estruturas
acumuladoras (armadilhas ou “trapas”).
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Rochas Sedimentares Orgânicas:
Petróleo:
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Rochas Ígneas ou Magmáticas:
São rochas de origem primária e estão ligadas à dinâmica interna, resultantes da solidificação do
magma. Conforme a local de sua formação podem ser: plutônicas ou intrusivas, ou vulcânicas ou
extrusivas.
As rochas plutônicas ou intrusivas são formadas em profundidade, no interior da crosta terrestre,
através do resfriamento lento do magma, o que permite que os elementos químicos presentes
organizem-se em arranjos cristalinos, originando minerais de granulação grossa e de formas
definidas.
As rochas vulcânicas ou extrusivas, por sua vez, são formadas na superfície terrestre, pelo
extravasamento de lava – material ígneo que alcança a superfície da Terra – através de condutos
vulcânicos. Como o resfriamento é muito rápido o que impede ou dificulta a formação de arranjos
cristalinos, resultando em material vítreo ou cristalino de granulação fina.
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Rochas Ígneas ou Magmáticas:
A classificação da IAEG (1981) associa e simplifica as classificações petrográficas e química,
juntamente com a granulometria. A Tabela 4.2 sintetiza estas proposições, a Tabela 4.3 mostra as
classes granulométricas propostas e a Tabela 4.4 apresenta as principais características das
rochas ígneas.
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Rochas Ígneas ou Magmáticas:
A classificação da IAEG (1981) - Tabela 4.4 apresenta as principais características das rochas
ígneas.
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Rochas Ígneas ou Magmáticas:
MAGMA:
Trata-se de um material fundido devido à ação de elevadas pressões e temperaturas. Sua origem
está ligada à zonas de subducção de rochas na crosta, resultantes de colisões entre as placas
tectônicas, de três maneiras:
• fusão localizada da porção superior do manto, sob a zona de subducção;
• à fusão de camadas de rocha da placa que mergulha e;
• na crosta oceânica sobre “hot points”.
Tipos de magma:
-
Basáltico = ± 50% de SiO2 (básico) ⇒ menos viscosos, originados do manto. As erupções em
vulcões de magmas básicos não são explosivas, devido à menor viscosidade (maior fluidez). Exs.:
Islândia, Brasil (Bacia do Paraná), Antártica e Havaí.
-
Andesítico = ± 60% de SiO2 (intermediário) ⇒ viscosidade intermediária, originados da fusão
completa de porções da crosta e basaltos úmidos. Devido à sua viscosidade intermediária,
originam erupções vulcânicas explosivas. Exs.: Andes.
-
Riolíticos = ± 70% de SiO2 (ácidos) ⇒ mais viscosos, tem origem na fusão da crosta continental,
com algum tipo de fusão parcial com água. São os que produzem as erupções mais explosivas.
Ex.: Zona de subducção ao longo da porção leste do continente Americano (Andes, Rochosas,
etc.) e Vesúvio.
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Rochas Ígneas ou Magmáticas:
Características Geotécnicas Principais dos GRANITOS:
-
Altas Tensões Residuais
Os granitos são rochas formadas em profundidades elevadas, onde atuam altas pressões e
temperaturas. O deslocamento destes maciços em direção à superfície, com o consequente alívio
de tensões, representado pela diminuição do peso de rocha sobrejacente, induz à criação de
juntas/fraturas aproximadamente paralelas à superfície do terreno:
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Rochas Ígneas ou Magmáticas:
Intemperismo sequencial:
Caracteriza-se pela sequência de camadas mais alteradas empilhadas sobre camadas menos
alteradas, com o aumento da profundidade:
As rochas intrusivas resultam da cristalização de minerais a diferentes temperaturas, deixando, a cada
estágio, um magma diferente do inicial. No final deste processo, formam-se soluções aquosas
residuais, com temperaturas entre 100ºC e 250ºC, que atravessando as rochas previamente
consolidadas, causam alterações na mineralogia original. Podem piorar as características de
resistência, através de um processo conhecido como caulinização. Também são responsáveis pela
formação de depósitos minerais de valor econômico.
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Rochas Metamórficas:
As rochas metamórficas são formadas em temperaturas entre 200ºC (abaixo da qual ocorre a
diagênese) e a temperatura de fusão da rocha (dependente do tipo de rocha), sem que haja
mudança na composição química, apenas a mineralogia muda, devido à rearranjos na organização
cristalográfica.
Todas as mudanças (mineralogia e textura) ocorrem no estado sólido, na crosta terrestre e devido à
mudanças na Temperatura e na Pressão, cuja eficácia depende de:
• presença ou não de fluidos;
• tempo de duração do aquecimento e;
• existência de pressões elevadas.
Estas diferenças produzem rochas distintas:
• Rochas metamórficas grosseiras - formadas a altas pressão e temperatura que agem por longo
tempo (milhões de anos). Ex.: gnaisses, xistos grosseiros,
• Rocha metamórficas finas - formadas em temperatura e pressão inferiores e que atuam durante
pouco tempo. Ex.: xistos, filitos, ardósias.
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Rochas Metamórficas:
Além deste aumento no tamanho dos grãos, com o aumento do grau de metamorfismo, a maioria
das rochas metamórficas desenvolve texturas direcionadas e visíveis, tais como foliação e
clivagem, dadas pela orientação dos minerais planares (ex.: muscovita, biotita, clorita, etc.), de tal
maneira que as placas orientam-se na direção perpendicular à maior pressão (esforço). Tipos de
texturas direcionais:
• Foliação - planos definidos por qualquer grupo planar de minerais ou bandamento de minerais,
encontrados em qualquer rocha metamórfica. No caso de rochas metamórficas de baixo grau a
foliação desenvolve-se paralela à direções pré-existentes (acamamento, estrutura de fluxo). Já
para as rochas de alto grau metamórfico este desenvolve-se na direção perpendicular à maior
pressão;
• Xistosidade - arranjo paralelo de grãos grosseiros de minerais, com estrutura laminar (micas e
clorita).
• Clivagem - propriedade pela qual uma rocha se desplaca ao longo de planos de fraqueza,
originando fragmentos de forma planar.
• Lineação - arranjo paralelo de grãos minerais alongados.
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Rochas Metamórficas:
Tipos de rochas metamórficas:
Folhelho → Ardósia → Filito → Xisto → Gnaisse
Basaltos → Xistos Verdes → Anfibolito → Granulito ou Piroxenito
Calcáreo → Mármore
Arenito → Quartzito
Características Geotécnicas Principais - Gnaisses, Filitos e Xistos:
• quanto menor o grau de metamorfismo - maior a anisotropia;
• elevada complexidade estrutural - muitas falhas, dobras, lineações, fraturas, etc.;
• apresentam zonas de baixa resistência devido à concentração de minerais planares tais como clorita,
biotita, micas, etc.;
• apresentam, em geral, elevada alterabilidade, devido à anisotropia em relação à foliação;
• a profundidade do topo rochoso é extremamente irregular, devido à presença de estruturas;
• gnaisses tem, em geral, boa resistência, baixa permeabilidade e baixa deformabilidade, constituindo
excelentes materiais de fundação;
• filitos e xistos caracterizam-se pela elevada anisotropia, constituindo-se em materiais de baixa
qualidade de engenharia;
• quartzitos variam de características de acordo com as características do arenito que o originou.
Podem variar de pouco resistentes e muito permeáveis a muito resistentes e pouco permeáveis.